利用多普勒效应测定声速.pdfVIP

第 15 卷 　第 4 期 大 　学 　物 　理 　实 　验 　 Vol. 15 No. 4 2002 年 12 月出版 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE Dec. 2002 ( ) 文章编号 :1007 - 2934 2002 04 - 0016 - 03 利用多普勒效应测定声速 任常愚 (黑龙江科技学院 ,鸡西 ,158105) 摘 　要 　本文介绍了一种利用超声波的多普勒效应和拍现象简单有效的测量声速的方 法。 关键词 　声速 ;多普勒效应 ;拍 ;超声波 中图分类号:O4221 　TU1122 + 6 　　　　文献标识码 :A 1 　引 　　言 声速测量是普通物理实验中的一个基本实验 ,如果测量频率较低声波的速度 ,会受到 ( 4 8 ) 实验室内其它声音的干扰而影响测量效果 ,而测量超声波 频率 10 ～10 Hz 在空气中的 传播速度效果会更好一些。常见的是利用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换 产生超声波进行声速的测量。主要方法有共振干涉法和相位比较法 ,实验装置如图 1 所 示。 图 1 中 S 1 和 S2 为压电超声换 能器。信号发生器输出的正弦波信 号加到 S 1 上, 由 S 1 完成电声转换。 作为声源, 发出波前近似为平面波; S 2 作为超声波接收换能器, 将接受 到的声信号转换成电信号, 然后接 入示波器。观察 S 1 和 S 2 之间的驻 波波形, 就可测出声速。 我们把上述实验加以改进利用 多普勒效应来测量声速。 2 　理论分析 图 1 　声速测量装置图 设声源发出声波的频率为 f , 以速度 v 朝向或远离接收器运动时, 接收器接收到的频率 f s , 将不是 f , 而是在声源发射 收稿日期 :2002 - 09 - 01 —16 — δ 频率的基础上有一个变化, 设为 , 可表示如下 : δ ( v ) ( ) f s = f ± = f 1 ± 1 u 这里 u 是声速。当声源朝向接收器运动时, 接收器接收到声波的频率将增大; 反之, 则降 ( ) 低。如果在两固定接收器之间运动的声源的速度为 v , 从 1 式可得出两接收器的频率分 别是 : f 1 = f ( 1 + v ) = f + δ u ( v ) δ ( ) f 2 = f 1 - = f - 2