[实用新型]水滴激发式多普勒效应演示器

说明书

技术领域

本实用新型涉及物理教学领域，特别是指一种水滴激发式多普勒效应演示器。

背景技术

在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过时，会发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低，这种现象称为多普勒效应。

多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理、医疗诊断、测量技术等领域有着广泛的应用，例如：雷达系统就是基于多普勒效应原理，应用于导弹、卫星、车辆等运动目标速度的监测；医学上的超声波对人体内脏活动情况及血液流速的检测都是根据多普勒效应的原理进行的。

多普勒效应是众多领域学者必须研究的课题，通过实验仪器将多普勒效应直观地演示，对于初步认识多普勒效应的学习者来说是非常有必要的。在物理教学中，多普勒效应演示器大多使用声波、光波利用大型仪器演示多普勒效应，教具复杂，成本较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、现象直观可视、成本较低的水滴激发式多普勒效应演示器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种水滴激发式多普勒效应演示器，包括正方形的水槽，其中：

所述水槽的上方设置有滴水器和控制所述滴水器滴水频率的调节开关，所述水槽的上方还设置有频闪器，所述频闪器的频率与所述滴水器的滴水频率相同；

所述水槽的内侧壁均为向外倾斜的斜面，所述水槽的内表面铺设有缓冲层，所述水槽的底部在所述缓冲层的上面设置有白色有机板；

所述水槽的外部两侧平行设置有第一电动轨道和第二电动轨道，所述第一电动轨道和第二电动轨道上分别具有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块上设置有摄像头，所述第二滑块上设置有伸长杆；

所述滴水器包括盛水容器和连接在所述盛水容器底部的医用输液管，所述调节开关为所述医用输液管自带的调节开关，所述水槽的后侧设置有基座，所述基座上设置有用于悬挂所述盛水容器的支架，所述医用输液管的滴水口设置在所述伸长杆的末端。

进一步的，所述频闪器包括蓝色发光二极管和红色发光二极管。

进一步的，所述缓冲层为毛巾或模拟水草。

进一步的，所述水槽的边长为20～80cm，高为3～10cm。

进一步的，所述第一电动轨道和第二电动轨道均包括步进电机、丝杠和控制驱动器，所述第一电动轨道和第二电动轨道的两端均设置有限位挡块。

进一步的，所述滴水器为两个。

进一步的，所述水槽内设置有用于演示反射现象和衍射现象的一个或多个障屏。

进一步的，所述障屏为矩形挡板。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的水滴激发式多普勒效应演示器，在演示前，先使用调节开关，根据水滴的下落高度调节滴水器的频率与频闪器频率相同，这样在频闪器的照射下，波形看起来更加清晰立体；第一滑块带动摄像头和第二滑块带动位于伸长杆末端的医用输液管的滴水口(即波源)分别可以在第一电动轨道和第二电动轨道上滑动，摄像头连接数据可以通过智能设备进行实时观察，相当于观察者，医用输液管的滴水口相当于波源，观察者和波源相互运动，可以观察到多普勒效应的演示现象，当然，为简化设备，也可以不设置摄像头，人眼直接观察演示现象。

本实用新型采用水滴器将水滴滴在水槽内激发水波，利用调节开关和水滴下落高度调节水波的频率，与传统的机械振子相比，医用输液管取材容易、操作方便，且摄像头在捕捉波形时，医用输液管的滴水口与水槽内的水面有一定距离，不会接触水面干扰波形，且不会阻挡拍摄视线；水槽上方设置有频闪器，水槽侧壁为斜面且底部设置有白色有机板，频闪器使水波带颜色而非传统的黑白条纹，带颜色的水波在白色有机板的衬托下更具有立体感；另外，水槽内表面的缓冲层，可有效解决波的反射回波，不会干扰波形。本实用新型的水滴激发式多普勒效应演示器结构简单、现象直观可视、成本较低。

附图说明

图1为本实用新型的水滴激发式多普勒效应演示器的结构示意图；

图2为图1水滴激发式多普勒效应演示器中水槽的剖面示意图；

图3为本实用新型的水滴激发式多普勒效应演示器的演示结果图，其中，图3(a)为滴水器与摄像头相对静止时的水波图，图3(b)为滴水器与摄像头相对移动时水波发生多普勒效应的演示结果；

图4为本实用新型的水滴激发式多普勒效应演示器的水波的反射演示结果。