多普勒效应验证实验仪器的改进

李 伟，雍志华

(四川大学 物理科学与技术学院，四川 成都 610065)

1 引 言

多普勒效应首次出现在1842年5月25日的皇家波希米亚学会科学分会上. 由于当时没有足够的实验数据作基础，没有充分的事实作依据，更没有经过适当的手段来验证，多普勒效应的提出，在当时遭到一些批评和反对. 1845年，皇家气象学院院长布依斯巴洛特(Buys Ballot)在乌德勒支铁路上进行了实验，验证了应用于声学时多普勒原理的正确性[1]. 目前，多普勒效应已广泛应用于科学研究、工程技术、交通管理及医疗诊断等各方面. 基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于汽车、飞机、导弹、卫星等运动目标速度的监测. 在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况、血液的流速等. 通过实验理解并验证超声波的多普勒效应已成为各个大学基础物理实验项目之一. 本文对实验室原有的多普勒效应实验装置进行改进，以提高测量精度，减小实验误差，降低多普勒效应装置的维修率.

2 实验原理及方法

当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应. 超声多普勒效应示意图如图1所示. 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[2]：

(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……