4. Источник и приемник движутся относительно друг друга.

4. Источник и приемник движутся относительно друг друга.

Используя результаты, полученные для случаев 2 и 3, можно записать выражение для частоты колебаний, воспринимаемых приемником:

(1)

причем верхний знак берется, если при движении источника или приемника происходит их сближение, нижний знак — в случае их взаимного удаления.

Из приведенных формул следует, что эффект Доплера различен в зависимости от того, движется ли источник или приемник. Если направления скоростей V_пр, и V_ист не совпадают с проходящей через источник и приемник прямой, то вместо этих скоростей в формуле (1) надо брать их проекции на направление этой прямой(см. таблицу 1).

Таблица 1. Возможные варианты направлений движения источника и приемника

Описание установки

Рисунок 3 - Экспериментальная установка для изучения эффекта Доплера

Экспериментальная установка для изучения эффекта Доплера включает в себя: ультразвуковую установку-1, источник ультразвука-2, приемник ультразвука-3, установку «Кобра 3»-4, фотоэлектрический датчик - 5.

Выполнение работы и обработка результатов измерений.

1. Подключите ультразвуковую установку и ноутбук.

2. Запустите программу измерения и в меню «Устройство» выберите Таймер/Счетчик, вкладку «Счетчик».

3. Выставьте параметры частоты измерения.

4. Произведите измерение частоты звука при покоящихся источнике и приемнике. Для этого установите машинку на дорожку вблизи источника (или соответственно приемника). Приемник и источник должны быть расположены вдоль одной прямой и направлены «лицом» друг к другу. На ноутбуке в меню счетчика нажмите «Далее». В появившейся таблице будут записываться значения измеренной частоты. Для измерения нажать «Начать». Сделать 5 измерений частоты, щелкнуть «Остановить». Усредните полученные результаты.

5. Измерьте скорость машинки. Для этого, расположите штатив с фотоэлектрическим датчиком над дорожкой (черная пластинка, установленная на машинке сверху приемника, должна быть перпендикулярна датчику, иначе измеренная скорость будет сильно отличаться от действительной). Далее в меню Таймер/Счетчик, вкладке «Таймер» нажмите «Далее». Запустите машинку. После того, как пластинка, установленная на машинке, пересечет фотоэлектрический датчик, на экране ноутбука появится значении скорости машинки. Повторите измерения 5 раз.

Вариант 1.

6. Измерьте частоту при движущемся приемнике. Измерения проводятся аналогично тому, как это делалось в случаи неподвижного приемника. Зайдите в меню счетчика, нажмите «Далее». Запустите машинку навстречу источнику. Производите измерения (нажимайте «Начать») тогда, когда машинка набрала скорость и движется равномерно. Сделайте 5 измерений при движении машинки навстречу покоящемуся источнику и найдите среднее значение частоты.

7. Проделайте данные измерения для 4 других скоростей машинки.

8. Измерьте частоту при движущемся в противоположном направлении от источника приемнике (5 измерений) и найдите среднее значение частоты.

9. Проделайте данные измерения для 4 других скоростей машинки.

10. Постройте график зависимости сдвига частот от скорости при движении приемника навстречу покоящемуся источнику и при движении приемника в сторону противоположную покоящемуся источнику и объясните его вид.

Вариант 2.

6. Измерьте частоту при движущемся источнике навстречу покоящемуся приемнику. Зайдите в меню счетчика, нажмите «Далее». Запустите машинку навстречу приемнику. Производите измерения (нажимайте «Начать») тогда, когда машинка набрала скорость и движется равномерно. Сделайте 5 измерений при движении машинки навстречу покоящемуся приемнику и найдите среднее значение частоты.

7. Проделайте подобные измерения для 4 других скоростей машинки.

8. Измерьте частоту при движущемся источнике в сторону противоположную приемнику. Зайдите в меню счетчика, нажмите «продолжить». Далее запустите машинку в сторону противоположную от приемника. Производите измерения (нажимайте «Начать») тогда, когда машинка набрала скорость и движется равномерно. Сделайте 5 измерений, найдите среднее значение частоты.

9. Проделайте подобные измерения для 4 других скоростей машинки.

10. Постройте график зависимости сдвига частот от скорости при движении источника навстречу покоящемуся приемнику и в сторону противоположную от приемника и объясните его вид.

Контрольные вопросы

1. Что представляют собой упругие волны?

2. Запишите уравнение плоской и сферической волны, поясните какие величины входят в эти уравнения.

3. Дайте определение длины волны.

4. В чем заключается эффект Доплера?

5. Выведите рабочую формулу для частоты колебаний.

Заключение

План оформления лабораторной работы:

1. Номер лабораторной работы.

2. Название лабораторной работы.

3. Цель работы.

4. Оборудование.

5. Краткая теория.

6. Описание установки.

7. Ход работы и обработка результатов измерений.

Все расчеты, необходимые для получения окончательных результатов лабораторной работы, должны быть представлены в конспекте в форме, доступной для проверки преподавателем. Все расчеты должны проводиться в международной системе единиц измерения СИ.

На основе проведенных расчетов в конспекте лабораторной работы (если это требуется) должны быть построены экспериментальные графики зависимостей физических величин, предусмотренные методическими указаниями.

Требования по оформлению графиков:

1) Графики строятся на миллиметровой бумаге;

2) на графике: оси декартовой системы, на концах осей — стрелки, индексы величин, единицы измерения, множители;

3) на каждой оси указывается масштаб;

4) под графиком указывается его полное название;

5) на графике должны быть отмечены экспериментальные точки.

Результаты расчета физических величин, которые должны быть получены как итог выполнения лабораторной работы. Окончательный результат должен быть представлен в виде среднего значения измеренной физической величины с указанием ее доверительного интервала.

Вывод по лабораторной работе должен включать в себя сравнение полученных результатов с теоретическими положениями.

Рекомендуемая литература

1. И.Е. Иродов. Волновые процессы. Основные законы. М.-С-Пб.: БИНОМ- Лаборатория знаний, 2009.

2. Курс физики. Учебник для вузов/под. ред. проф. В.Н. Лозовского. СПб: Лань, 2009. Т.2

3. И.В. Савельев. Курс общей физики. Том 3. Оптика. C-Пб.-М.-Краснодар: ЛАНЬ, 2008.

4. Курс физики. Учебник для вузов/под. ред. проф. В.Н. Лозовского. СПб: Лань, 2009. Т.2

5. Т.И. Трофимова. Краткий курс физики. Учебное пособие для вузов. М: КноРус, 2010.

Дата добавления: 2015-09-30