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多普勒效应演示仪

阅读:409发布:2020-05-11

专利汇可以提供多普勒效应演示仪专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 水 波 多普勒效应 演示仪,所述演示仪有一底座(1),底座上设有三个互相有关连的水槽,其中的一个发波水槽(11)水平放置,用透明材料作成,发波水槽的一端设有 位置 略高的垂直供水水槽(15),水平水槽的另一端设有位置略低的承接水槽,承接水槽设有抽水装置,通过管道向供水水槽送水,三个水槽的水流互通,在水平水槽的上方设有一彩色频闪 光源 ,光线照射水平水槽水面,一个电磁 简谐振动 仪,其振子与水面 接触 ,在水平水槽 底板 的下方装有成45° 角 的反光镜,与反光镜配合装有一 块 立式的毛玻璃作为观察屏。本发明能很好演示多普勒效应,让观察者能看到连续、稳定、清晰的多普勒效应的实验现象的水波多普勒实验演示仪。,下面是多普勒效应演示仪专利的具体信息内容。

1.一种多普勒效应演示仪,其特征在于:所述演示仪有一底座(1),底座上设有三个互相有关连的水槽,其中的一个发波水槽(11)水平放置,用透明材料作成,发波水槽的一端设有位置略高的垂直供水水槽(15),水平水槽的另一端设有位置略低的承接水槽,承接水槽设有抽水装置,通过管道向供水水槽送水,三个水槽的水流互通,在水平水槽的上方设有一彩色频闪光源,光线照射水平水槽水面,一个电磁简谐振动仪,其振子与水面接触,在水平水槽底板的下方装有成45°的反光镜,与反光镜配合装有一立式的毛玻璃作为观察屏。
2.根据权利要求1所述的一种水波多普勒效应演示仪,其特征在于:频闪光源用彩色射灯(17)作光源,用直流调速电机9带动有两个开孔的遮光盘(10)旋转。
3.根据权利要求1所述的一种水波多普勒效应演示仪,其特征在于:所述的电磁简谐振动仪在变压器付边输出端串接一个芯呈楔型的交流电磁铁(18)再接入一个桥式整流电路(19),整流电路的输出端接入一个线圈(20),一个片振子从线圈中间穿过。

说明书全文

多普勒效应演示仪

技术领域

[0001] 本发明一般涉及一种物理实验装置,特别是演示多普勒效应所用的水波多普勒效应演示仪实验装置。

背景技术

[0002] 在物理实验装置中,尤其是多普勒效应实验装置中,经常要涉及演示多普勒效应。我们都知道,多普勒效应是我们生活中常见的一种物理现象,当火车靠近我们时汽笛声变得尖锐,而当火车远离我们的时候汽笛声变得低沉。这一理论 是多普勒于1842年首先提出来的,他指出,物体辐射波长因为波源和观测者的相对运动而发生变化。当波源和观察者相互靠近时,波长变短,频率变高,即发生蓝移现象; 当波源和观察者相互远离时,产生相反的效应,波长变长,频率变低,即发生红移。波源与观察者相对速度越高,所产生的多普勒效应越大。根据波红(蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度,生活中的汽车测速仪即是根据这一原理制作而成,宇宙大爆炸理论也是依据这一理论为出发点的。多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理、医疗诊断、气象预报等各方面都有着广泛的应用,所以多普勒效应不论是中学物理或是大学物理波动教学都是重要的物理知识。
[0003] 然而在实际波动教学过程中,每当讲解多普勒效应时往往受制于课堂条件的限制,由于没有很好的演示多普勒效应的实验仪器,讲解只能是纸上谈兵,学生也仅仅能从公式去理解多普勒效应的原理。究其原因主要是物体间相对运动速度太小,多普勒效应不明显。
[0004] 已有的水波多普勒效应演示仪较多,但这些多普勒效应演示仪都或多或少存在一些缺点。如在高中《物理》第二册(必修加选修)第十章“多普勒效应”中有一重要内容:波源运动,观察者不动,如波源由S1运动到S2,波源右方的波面变得密集,波长变短,左方的波面变得稀疏,波长变长,这一教学过程是波动教学的重点和难点。教师授课时一般采用多媒体动画演示辅助教学,从感性认识上的确具有一定的效果,但若用实物真实地演示这一多普勒效应现象,那么对于学生正确理解和掌握多普勒效应的知识有着更积极的意义,温州第二高级中学的阮老师就是根据这一原理设计了“利用发波水槽演示多普勒效应”的实验装置。其设计方案是将装有振源的整个盒子拆下,固定在电动小车上,并在水槽上方固定一透明的轨道,把装好的电动小车放在水槽上方的轨道上即可。这种多普勒效应演示装置使用时是先在水槽中倒入适量的水,打开仪器电源开关,调节振频调节旋钮或遮光叶片的旋钮,让波源振动次数与光源频闪次数一致,此时水波在屏幕上得到图像是处于静止状态。然后让小车在轨道上运动起来,相当于波源在运动,即可在屏幕上看到一边疏一边密的波面。此演示装置操作简单,现象明显,可以多次重复进行。但这种演示装置的最大缺点是水槽偏小,小车在轨道上运动的距离很短,每次观察的时间很短,并且这种演示装置有较明显的水波的反射现象。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种能克服公知技术缺点,能很好演示多普勒效应,让观察者能看到连续、稳定、清晰的多普勒效应的实验现象的水波多普勒实验演示仪。
[0006] 为实现上述目的,本发明的技术方案为:一种水波多普勒效应演示仪,所述演示仪有一底座,底座上设有三个互相有关连的水槽,其中的一个发波水槽水平放置,用透明材料作成,发波水槽的一端设有位置略高的垂直供水水槽,水平放置的发波水槽的另一端设有位置略低的承接水槽,承接水槽设有抽水装置,通过管道向供水水槽送水,三个水槽的水流互通,在发波水槽的上方设有一彩色频闪光源,光线照射水平水槽水面,一个电磁简谐振动仪,其振子与水面接触,在水平水槽底板的下方装有成45°的反光镜,与反光镜配合装有一立式的毛玻璃作为观察屏。
[0007] 采用上述方案,在水平水槽产生的多普勒效应,通过毛玻璃观察屏能很直观的观察到,形象、生动,实现了本发明的目的。
[0008] 下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。附图说明
[0009] 图1为水波多普勒效应演示仪的正视图;图2为图1的侧视图;
图3为图1的俯视图;
图4为图1中电磁简谐振动仪电原理图。
[0010] 图示中编号说明:1、底座,2、水管,3、平面反射镜,4、简谐振子,5、振动片,6、频闪光源支撑板,7、光源罩,8、电机和射灯固定板,9、直流调速电机,10、遮光盘,11、发波水槽,12、承接水槽,13、毛玻璃屏,14、潜水,15、出水槽,16、振子小球,17、射灯,18、交流电磁,19、全波整流电路,20、线圈。

具体实施方式

[0011] 如图1、图2所示,所述的水波多普勒效应演示仪有底座1,所述底座为立板支撑演示仪的相关结构,在底座上安装有三个水槽,由处于水平状态的发波水槽11居中,其左端为位置略高的出水槽15,所述水槽垂直安装,右端为回水槽12,水槽内装有潜水泵14,通过一根塑料管道2向出水槽15供水,三个水槽的高度依次降低,保证发波水槽中的水流从左向右流动,在潜水泵的作用下,发波水槽形成连续不断的水流,产生“水动”效果。在发波水槽11的上方,设有一个频闪光源,由频闪光源支撑板6支持,所述的频闪光源用彩色射灯17作光源,用直流调速电机9带动有两个开孔的遮光盘10旋转,上述装置安装在光源罩7内,光线均匀地分布在发波水槽11的水面上。一个电磁简谐振动仪4安装在底座1的外壁上,电磁简谐振动仪的振子小球安装在发波水槽11接近水面的位置,以使其振子能接触水面。发波水槽11水的深度不大,水面的面积成矩形,槽的底板下部空间设有一个按45°角安装的平面反射镜3,面对反射镜的位置安装有一块立式的毛玻璃屏13,观察者观察毛玻璃屏上的图象。
[0012] 电磁简谐振动仪,其振动原理如图4所示,在变压器付边输出端串接一个铁芯呈楔型的交流电磁铁18再接入一个桥式整流电路19,整流电路的输出端接入一个线圈20,一个片振子从线圈中间穿过。本结构的电磁简谐振动仪原理为:220V的交流电源经变压器T变压得到56V的交流电,交流电流经铁芯呈楔型的交流电磁铁18后,在交流铁芯中产生交变磁场。56V的交流电输入全波整电路19得到15V的直流电,直流电进入线圈20后,在线圈中产生稳恒磁场,振子用硅钢片制成,硅钢片振子从线圈中间穿过,硅钢片振子受到磁场作用后则产生磁性,这个带磁性的硅钢片振子从交流电磁铁18的楔型铁芯中间穿过时,带磁性的硅钢片振子与交流电磁铁中的磁场相互作用后便使振子铁芯上下振动,振子一旦振动起来后振动就相当平稳没有噪音。
[0013] 本实验装置的原理为:发波水槽11的水面形成连续不断的水流得到“水动”效果,而电磁简谐振子的振子不断轻触水面,形成水波,用彩色射灯作光源形成的频闪光源的光线照射在水面上,透过发水槽11的透明底板,就在毛玻璃屏上观察到连续不断的清晰、稳定,效果明显的水波多普勒效应图像,本装置克服了公知技术的缺点,形成的装置成本低廉,效果明显,操作调试容易。
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