多普勒超声测速实验 1.实验要求 1.1 实验目的 (1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。 1.2 预习要点 (1)预习多普勒效应原理与多普勒频移相关知识； (2)推导本实验中需要用到的相关公式； (3)掌握多普勒超声测速仪的原理与操作方法。 2.仪器相关原理简介与相应计算 在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观察者运动，而火车静止，也有类似的现象。这种由于波源或观察者（或两者）相对介质运动而造成的观察者接收频率发生改变的现象，称为多普勒效应。 2.1 实验原理 多普勒超声测速仪是一套综合性的超声测速仪器，该仪器利用多普勒频移效应实现对运动物体速度的测量，并可与光电方式测速进行比较。 实验装置如图1 所示，电机 与超声头 固 定于导轨 上 面 ，小 车可以由电机 牵引 沿 导轨 左 右 运动，超声发射 头 与接收头 固 定于导轨 右 端 ，若 超声发射 频率为0f ，接收回 波频率为f ，超声波在静止介质中传播速度为，小 车运动速度（向 右 为正 ）。 uv 图 1 依据多普勒频移公式，回波频率、多普勒频移和小车运动的速度分别为： 0fffvu+Δ =00ffvuff−=+0fvuvuf−+= 由于电路中不能表征负频移（即不论靠近还是远离超声头 fΔ 恒为正），所以在该系统中采用了标量表示（ fΔ 不区分正负，以靠近或远离超声头进行标识）。 v小车靠近超声头时速度公式： 0002fffvuuffff−Δ==++ Δ 小车远离超声头时速度公式： 0002fffvu−Δuffff==+−Δ 上面两个公式是进行测量的依据，在实验中，学生需要从示波器上相应波形读出0f 与 fΔ ，并由上面两个公式计算得到小车的运行速度，再与仪器自动测量值进行比较。 2.2 光电门测速原理 作为测量的参考，在本实验中还采用了光电门测速以利于比较。光电门测速是一种比较通用的测速方法，图 2 是光电门的典型应用电路，发光二极管经过 R1 与 VCC 相连，导通并发出红外光。光电三极管在光照条件下可以导通。如果在发光二极管与光电三极管之间没有障碍物，发光二极管所发出的光能够使光电三极管导通，ou tpu t 输出端被拉至 0 电平...
