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如何验证多普勒效应的定量关系

发布时间:2019-09-13 13:53 来源:未知 编辑:admin

  进入“多普勒效应实验”画面后,先“设置源频率”,增减信号频率,一次变化10Hz,同时观察示波器的波形,当接收波幅达最大时,源频率即已设好。

  接着转入“瞬时测量”,确保小车在两限位光电门之间后,开启智能运动控制系统电源,设置匀速运动的速度,使小车运动,测量完毕后,可得到过光电门时的信号频率,多普勒频移及小车运动速度。改变小车速度,反复多次测量,可作出或关系曲线。

  改变小车的运动方向,再改变小车速度,反复多次测量,作出或关系曲线。然后转入“动态测量”,记下不同速度时换能器的接受频率变化值。

  注意:动态测量仅限于小车运动速度较低时。改变小车速度,反复多次测量,可作出或关系曲线。改变小车的运动方向,再改变小车速度,反复多次测量,作出或关系曲线。

  研究物体的运动状态,将超声换能器用作速度传感器,可进行匀速直线运动,匀加(减)直线运动,简谐振动等实验。这时应进入“变速运动实验”,设置好采样点数,采样步距后,“开始测量”,测量完后显示出结果。

  进行运动实验时,除了用智能运动系统控制的小车外,还可换用手动小车,这时注意应该推动小车系统的底部使小车运动,并且不能用力过大、过猛。

  多普勒效应是说物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 ,

  多普勒效应指出,波在波源移向观察者时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。

  但是由于缺少实验设备,多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏,再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化,以验证该效应。

  假设原有波源的波长为λ,波速为c,观察者移动速度为v:当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为(v-c)/λ。

  一个常被使用的例子是火车的汽笛声,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。

  如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。

  多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括电磁波。科学家爱德文·哈勃(EdwinHubble)使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。

  他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体离开银河系的速度越快红移越大,这说明这些天体在远离银河系。

  多普勒效应产生背景:著名的多普勒效应首次出现在1842年发表的一篇论文上。多普勒推导出当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的波频会改变。他试图用这个原理来解释双星的颜色变化。虽然多普勒误将光波当作纵波,但多普勒效应这个结论却是正确的。

  多普勒效应对双星的颜色只有些微的影响,在那个时代,根本没有仪器能够量度出那些变化。不过,从1845年开始,便有人利用声波来进行实验。他们让一些乐手在火车上奏出乐音,请另一些乐手在月台上写下火车逐渐接近和离开时听到的音高。

  实验结果支持多普勒效应的存在。多普勒效应有很多应用,例如天文学家观察到遥远星体光谱的红移现象,可以计算出星体与地球的相对速度;警方可用雷达侦测车速等。

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