多普勒综合实验报告

四川理工学院实验报告成绩学号：11101030233班级：网络工程一班实验班编号：姓名：赵鸿平实验名称：多普勒效应综合实验实验目的：1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较实验仪器：多普勒效应综合实验仪由实验仪实验原理：1、超声的多普勒效应根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：f = f0(u+V1cosα1)/(u–V2cosα2)(1)式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从(1)式可得接收器接收到的频率应为：f = f0(1+V/u)(2)当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据(2)式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。由(2)式可解出：V = u(f/f0 – 1)(3)若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按(3)式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。数据记录：(要求在实验前画出实验表格)N2 345678加速度a/(m.s^2)平均值理论值百分误差Tn=0.05(n-1)(s)390833913839191392483930239359394109.7079.72859.7930.88%V10.74 1.23 1.7 2.21 2.68 3.18 3.64Tn=0.05(n-1)(s)387303878138834388733894638999390539.79.7930.95%V20.721.171.652.182.653.133.61Tn=0.05(n-1)(s)387853884038891389513900639059391109.7649.7930.30%V30.761.251.712.242.733.213.66Tn=0.05(n-1)(s)389303898339034390933914839204392579.7439.7930.51%V40.711.191.642.172.663.153.62实验步骤1. 自由落体运动验证牛顿第二定律：(1)设定好实验仪器为实验做准备；(2)按“确认”后，磁铁释放，接收器组件拉动砝码作垂直方向的运动。测量完成后，显示屏上出现测量结果。(3)在结果显示界面中用键选择“返回”，“确认”后重新回到测量设置界面。按以上程序进行新的测量。于matlab7.14对实验数据进行处理T=0.1:0.05:0.4;%将时间区间设置为向量V1=[0.74 1.23 1.7 2.21 2.68 3.18 3.64];V2=[0.72 1.17 1.65 2.18 2.65 3.13 3.61];V3=[0.76 1.25 1.71 2.24 2.73 3.21 3.66];V4=[0.71 1.19 1.64 2.17 2.66 3.15 3.62];%J将实验获得的速度数据列为矩阵cftool%运用拟合工具箱对实验数据进行拟合拟合结果分别如下截图所示x=0.1:0.05:0.4;y1=9.707*x-0.2682;y2=9.7*x-0.2279;y3=9.764*x-0.2782;y4=9.743*x-0.2129;%由拟合数据列得拟合函数subplot(221)%以下为拟合函数与实验数据的绘图plot(x,y1, T,V1,'r*')axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )legend('拟合曲线','实验数据点','location','best')title('第一次实验数据')xlabel('时间t/s')ylabel('时间点出速度v(m/s)')subplot(222)plot(x,y2,T,V1,'k*')axis([0.1 0.4 0.5 3.7] )legend('拟合曲线','实验数据点','location'