對于儀器安裝
① 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線(xiàn)上,以保證信號傳輸良好;
② 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜,以免導線(xiàn)折斷;
③ 小車(chē)不使用時(shí)應立放,避免小車(chē)滾輪沾上污物,影響實(shí)驗進(jìn)行。
對于測量:
①調諧及實(shí)驗進(jìn)行時(shí),須保證超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物;
②為保證使用安全,三芯電源線(xiàn)須可靠接地。
二.測量準備
1.實(shí)驗儀開(kāi)機后,首先要求輸入室溫。因為計算物體運動(dòng)速度時(shí)要代入聲速,而聲速是溫度的函數。利用 t u 將室溫T值調到實(shí)際值,按“確認”。
2.第二個(gè)界面要求對超聲發(fā)生器的驅動(dòng)頻率進(jìn)行調諧。在超聲應用中,需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配,并將驅動(dòng)頻率調到諧振頻率f0,這樣接收器獲得的信號幅度才最強,才能有效的發(fā)射與接收超聲波。一般f0在40KHz左右。調諧好后,面板上的鎖定燈將熄滅。
3.電流調至最大值后,按“確認”。本儀器所有操作,均要按“確認”鍵后,數據才被寫(xiě)入儀器。
實(shí)驗一 驗證多普勒效應并由測量數據計算聲速 讓小車(chē)以不同速度通過(guò)光電門(mén),儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運動(dòng)速度及與之對應的平均接收頻率。
由儀器顯示的f-V關(guān)系圖可看出,若測量點(diǎn)成直線(xiàn),符合(2)式描述的規律,即直觀(guān)驗證了多普勒效應。用作圖法或線(xiàn)性回歸法計算f-V直線(xiàn)的斜率k,由k計算聲速u(mài)并與聲速的理論值比較,計算其百分誤差。
圖2 多普勒效應驗證實(shí)驗及測量小車(chē)水平運動(dòng)安裝示意圖一.儀器安裝 如圖2所示。所有需固定的附件均安裝在導軌上,并在兩側的安裝槽上固定。
調節水平超聲傳感發(fā)生器的高度,使其與超聲接收器(已固定在小車(chē)上)在同一個(gè)平面上,再調整紅外接收傳感器高度和方向,使其與紅外發(fā)射器(已固定在小車(chē)上)在同一軸線(xiàn)上。將組件電纜接入實(shí)驗儀的對應接口上。
安裝完畢后,讓電磁鐵吸住小車(chē),給小車(chē)上的傳感器充電,第一次充電時(shí)間約6~8秒,充滿(mǎn)后(儀器面板充電燈變綠色)可以持續使用4~5分鐘。在充電時(shí)要注意,必須讓小車(chē)上的充電板和電磁鐵上的充電針接觸良好。
【注意事項】 ① 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線(xiàn)上,以保證信號傳輸良好; ② 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜,以免導線(xiàn)折斷; ③ 小車(chē)不使用時(shí)應立放,避免小車(chē)滾輪沾上污物,影響實(shí)驗進(jìn)行。 二.測量準備 1.實(shí)驗儀開(kāi)機后,首先要求輸入室溫。
因為計算物體運動(dòng)速度時(shí)要代入聲速,而聲速是溫度的函數。利用 t u 將室溫T值調到實(shí)際值,按“確認”。
2.第二個(gè)界面要求對超聲發(fā)生器的驅動(dòng)頻率進(jìn)行調諧。在超聲應用中,需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配,并將驅動(dòng)頻率調到諧振頻率f0,這樣接收器獲得的信號幅度才最強,才能有效的發(fā)射與接收超聲波。
一般f0在40KHz左右。調諧好后,面板上的鎖定燈將熄滅。
3.電流調至最大值后,按“確認”。本儀器所有操作,均要按“確認”鍵后,數據才被寫(xiě)入儀器。
【注意事項】 ①調諧及實(shí)驗進(jìn)行時(shí),須保證超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物; ②為保證使用安全,三芯電源線(xiàn)須可靠接地。 三.測量步驟 1.在液晶顯示屏上,選中“多普勒效應驗證實(shí)驗”,并按“確認”; 2.利用 u 鍵修改測試總次數(選擇范圍5~10,一般選5次),按 ▼ ,選中“開(kāi)始測試”; 3.準備好后,按“確認”,電磁鐵釋放,測試開(kāi)始進(jìn)行,儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運動(dòng)速度及與之對應的平均接收頻率; 改變小車(chē)的運動(dòng)速度,可用以下兩種方式: a.砝碼牽引:利用砝碼的不同組合實(shí)現; b.用手推動(dòng):沿水平方向對小車(chē)施以變力,使其通過(guò)光電門(mén)。
為便于操作,一般由小到大改變小車(chē)的運動(dòng)速度。 4.每一次測試完成,都有“存入”或“重測”的提示,可根據實(shí)際情況選擇,“確認”后回到測試狀態(tài),并顯示測試總次數及已完成的測試次數; 5.改變砝碼質(zhì)量(砝碼牽引方式),并退回小車(chē)讓磁鐵吸住,按“開(kāi)始”,進(jìn)行第二次測試; 6.完成設定的測量次數后,儀器自動(dòng)存儲數據,并顯示f-V關(guān)系圖及測量數據。
【注意事項】 小車(chē)速度不可太快,以防小車(chē)脫軌跌落損壞。 四.數據記錄與處理 由f-V關(guān)系圖可看出,若測量點(diǎn)成直線(xiàn),符合(2)式描述的規律,即直觀(guān)驗證了多普勒效應。
用 u 鍵選中“數據”,q 鍵翻閱數據并記入表1中,用作圖法或線(xiàn)性回歸法計算f-V關(guān)系直線(xiàn)的斜率k。公式(4)為線(xiàn)性回歸法計算k值的公式,其中測量次數i=5 ~ n,n≤10。
(4) 由k計算聲速u(mài) = f0/k,并與聲速的理論值比較,聲速理論值由u0 = 331(1+t/273)1/2 (米/秒)計算,t表示室溫。測量數據的記錄是儀器自動(dòng)進(jìn)行的。
在測量完成后,只需在出現的顯示界面上,用 u 鍵選中“數據”,q 鍵翻閱數據并記入表1中,然后按照上述公式計算出相關(guān)結果并填入表格。
對于儀器安裝 ① 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線(xiàn)上,以保證信號傳輸良好; ② 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜,以免導線(xiàn)折斷; ③ 小車(chē)不使用時(shí)應立放,避免小車(chē)滾輪沾上污物,影響實(shí)驗進(jìn)行。
對于測量: ①調諧及實(shí)驗進(jìn)行時(shí),須保證超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物;②為保證使用安全,三芯電源線(xiàn)須可靠接地。 二.測量準備1.實(shí)驗儀開(kāi)機后,首先要求輸入室溫。
因為計算物體運動(dòng)速度時(shí)要代入聲速,而聲速是溫度的函數。利用 t u 將室溫T值調到實(shí)際值,按“確認”。
2.第二個(gè)界面要求對超聲發(fā)生器的驅動(dòng)頻率進(jìn)行調諧。在超聲應用中,需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配,并將驅動(dòng)頻率調到諧振頻率f0,這樣接收器獲得的信號幅度才最強,才能有效的發(fā)射與接收超聲波。
一般f0在40KHz左右。調諧好后,面板上的鎖定燈將熄滅。
3.電流調至最大值后,按“確認”。本儀器所有操作,均要按“確認”鍵后,數據才被寫(xiě)入儀器。
實(shí)驗一 驗證多普勒效應并由測量數據計算聲速
讓小車(chē)以不同速度通過(guò)光電門(mén),儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運動(dòng)速度及與之對應的平均接收頻率。由儀器顯示的f-V關(guān)系圖可看出,若測量點(diǎn)成直線(xiàn),符合(2)式描述的規律,即直觀(guān)驗證了多普勒效應。用作圖法或線(xiàn)性回歸法計算f-V直線(xiàn)的斜率k,由k計算聲速u(mài)并與聲速的理論值比較,計算其百分誤差。
圖2 多普勒效應驗證實(shí)驗及測量小車(chē)水平運動(dòng)安裝示意圖
一.儀器安裝
如圖2所示。所有需固定的附件均安裝在導軌上,并在兩側的安裝槽上固定。調節水平超聲傳感發(fā)生器的高度,使其與超聲接收器(已固定在小車(chē)上)在同一個(gè)平面上,再調整紅外接收傳感器高度和方向,使其與紅外發(fā)射器(已固定在小車(chē)上)在同一軸線(xiàn)上。將組件電纜接入實(shí)驗儀的對應接口上。安裝完畢后,讓電磁鐵吸住小車(chē),給小車(chē)上的傳感器充電,第一次充電時(shí)間約6~8秒,充滿(mǎn)后(儀器面板充電燈變綠色)可以持續使用4~5分鐘。在充電時(shí)要注意,必須讓小車(chē)上的充電板和電磁鐵上的充電針接觸良好。
【注意事項】
① 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線(xiàn)上,以保證信號傳輸良好;
② 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜,以免導線(xiàn)折斷;
③ 小車(chē)不使用時(shí)應立放,避免小車(chē)滾輪沾上污物,影響實(shí)驗進(jìn)行。
二.測量準備
1.實(shí)驗儀開(kāi)機后,首先要求輸入室溫。因為計算物體運動(dòng)速度時(shí)要代入聲速,而聲速是溫度的函數。利用 t u 將室溫T值調到實(shí)際值,按“確認”。
2.第二個(gè)界面要求對超聲發(fā)生器的驅動(dòng)頻率進(jìn)行調諧。在超聲應用中,需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配,并將驅動(dòng)頻率調到諧振頻率f0,這樣接收器獲得的信號幅度才最強,才能有效的發(fā)射與接收超聲波。一般f0在40KHz左右。調諧好后,面板上的鎖定燈將熄滅。
3.電流調至最大值后,按“確認”。本儀器所有操作,均要按“確認”鍵后,數據才被寫(xiě)入儀器。
【注意事項】
①調諧及實(shí)驗進(jìn)行時(shí),須保證超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物;
②為保證使用安全,三芯電源線(xiàn)須可靠接地。
三.測量步驟
1.在液晶顯示屏上,選中“多普勒效應驗證實(shí)驗”,并按“確認”;
2.利用 u 鍵修改測試總次數(選擇范圍5~10,一般選5次),按 ▼ ,選中“開(kāi)始測試”;
3.準備好后,按“確認”,電磁鐵釋放,測試開(kāi)始進(jìn)行,儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運動(dòng)速度及與之對應的平均接收頻率;
改變小車(chē)的運動(dòng)速度,可用以下兩種方式:
a.砝碼牽引:利用砝碼的不同組合實(shí)現;
b.用手推動(dòng):沿水平方向對小車(chē)施以變力,使其通過(guò)光電門(mén)。
為便于操作,一般由小到大改變小車(chē)的運動(dòng)速度。
4.每一次測試完成,都有“存入”或“重測”的提示,可根據實(shí)際情況選擇,“確認”后回到測試狀態(tài),并顯示測試總次數及已完成的測試次數;
5.改變砝碼質(zhì)量(砝碼牽引方式),并退回小車(chē)讓磁鐵吸住,按“開(kāi)始”,進(jìn)行第二次測試;
6.完成設定的測量次數后,儀器自動(dòng)存儲數據,并顯示f-V關(guān)系圖及測量數據。
【注意事項】
小車(chē)速度不可太快,以防小車(chē)脫軌跌落損壞。
四.數據記錄與處理
由f-V關(guān)系圖可看出,若測量點(diǎn)成直線(xiàn),符合(2)式描述的規律,即直觀(guān)驗證了多普勒效應。用 u 鍵選中“數據”,q 鍵翻閱數據并記入表1中,用作圖法或線(xiàn)性回歸法計算f-V關(guān)系直線(xiàn)的斜率k。公式(4)為線(xiàn)性回歸法計算k值的公式,其中測量次數i=5 ~ n,n≤10。
由k計算聲速u(mài) = f0/k,并與聲速的理論值比較,聲速理論值由u0 = 331(1+t/273)1/2 (米/秒)計算,t表示室溫。測量數據的記錄是儀器自動(dòng)進(jìn)行的。在測量完成后,只需在出現的顯示界面上,用 u 鍵選中“數據”,q 鍵翻閱數據并記入表1中,然后按照上述公式計算出相關(guān)結果并填入表格。
對于儀器安裝① 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線(xiàn)上,以保證信號傳輸良好;② 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜,以免導線(xiàn)折斷; ③ 小車(chē)不使用時(shí)應立放,避免小車(chē)滾輪沾上污物,影響實(shí)驗進(jìn)行。
對于測量:①調諧及實(shí)驗進(jìn)行時(shí),須保證超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物;②為保證使用安全,三芯電源線(xiàn)須可靠接地。二.測量準備1.實(shí)驗儀開(kāi)機后,首先要求輸入室溫。
因為計算物體運動(dòng)速度時(shí)要代入聲速,而聲速是溫度的函數。利用 t u 將室溫T值調到實(shí)際值,按“確認”。
2.第二個(gè)界面要求對超聲發(fā)生器的驅動(dòng)頻率進(jìn)行調諧。在超聲應用中,需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配,并將驅動(dòng)頻率調到諧振頻率f0,這樣接收器獲得的信號幅度才最強,才能有效的發(fā)射與接收超聲波。
一般f0在40KHz左右。調諧好后,面板上的鎖定燈將熄滅。
3.電流調至最大值后,按“確認”。本儀器所有操作,均要按“確認”鍵后,數據才被寫(xiě)入儀器。
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