
高中物理阶段在对波的学习中,波的现象如干涉、衍射和多普勒效应是必须学习和了解的内容,但现有实验设备和技术手段难以达到很好的效果,尤其是对多普勒效应现象的观察很不方便,这让刘杰老师产生了制作一种便于观察这些现象的仪器的想法。
在设计过程中,主要面临三个问题:一是如何获得稳定的多普勒效应现象;二是如何获得稳定可靠的振源;三是如何获得理想的频闪光源。其中第一个是最主要的问题,也是最核心的问题,所以先把重点放在第一个问题的解决上。
在制作过程中,由于所需部件都没有现成的,所以用什么材料和器件来实现设计就成了最大问题。刘杰老师只能买来大量材料,一点一点地进行摸索,仅振源就选用了十几种方案和材料进行尝试。而光源的花费是最大的,因为各种器材都很贵,加之所有材料的购买基本没有发票,很难获得学校的资金支持,基本上都要自掏腰包,整个开发过程花了他几个月的工资。
不过功夫不负有心人,最终“水波多普勒效应演示仪”做成了,功效显著:首先从根本上解决了多普勒效应不易观察的问题,并且能够对多普勒效应进行半定量分析和验证;其次在波的干涉、衍射、折射现象上突破原有器材效果不佳的问题,能够在大面积和大范围内看到高清晰的水波干涉与衍射现象。该实验装置集成度高,包含信号源、频闪灯、发波水槽,且独创性地采用了水循环方式获得非常理想的多普勒效应现象,频闪光源的设计与制作也达到了理想的效果。……