[其他]声频多普勒效应演示仪

说明书

本实用新型属于教学用的演示仪器，具体地说，是将音频通过摆动产生时高时低的声音（即多普勒效应）的一种演示装置。

原有的声频多普勒效应演示装置如图1所示，整机包括有扬声器1、平衡锤2、横杆3、音频讯号发生器4、电动机5、调压变压器6和滑环接线盘7组成。其存在以下不足：

1.体积大，重量约100多公斤，使用不方便；

2.造价高，整机价格在1000元以上；

3.使用不安全，由于在演示过程中，扬声器高速转动，如稍有松动，便会飞出伤人。

本实用新型的目的正是为了克服以上不足，音频振荡器采用直流晶体管电路，改变了原有转动结构，用简单的横、纵向摆动实现了原有演示装置的功效。

实现本实用新型的方案如图2所示，音频振荡器由晶体管BG₁和BG₂组成直放式音频振荡器加一级电压放大和一级推挽功效放大构成，将其装于手柄4内，并且用一按键开关3控制。扬声器装于助音箱1内，手柄和助音箱用一组弹性摇臂2连接。弹性摇臂2最好选用弹簧钢丝制成，这样，它即当作摇臂2，又可当作手柄4与助音箱的连接导线。

本实用新型的演示方便非常简单，只要握着手柄，同时按下电源开关即发出固定声频。当助音箱面向观察者不动时，只能听到固定的音调，当助音箱迎着观察者前后快速摇动时，便会听到时高时低的声音，此即纵向的多普勒效应。当助音箱垂直于观察者左右摇动时，还可演示横向的多普勒效应。

助音箱快速摆动的方法有两种：

1.用于手握着手柄，迎着观察者快速来回摆动。此时，如果摇臂2长为1米，即R＝1m，摆动速度为每秒钟26次，则n＝26次／秒，可得最大声源振动速率为：υ_M＝RW＝R (2πn)/60 次／分＝R2πn次／秒＝1×2π×26＝16.33米／秒。按多普勒效应表达式得最大的频率变动为：

f_M＝f_o( (V)/(V_FV_M) )

υ＝340m／S为空气中室温的声速。

f_O－为仪器的发声频率为1000HZ

则：f_M＝1000（ 340/(340－16.3) ）＝1100HZ

同理得：f_S＝1000（ 340/(340＋16.3) ）＝1000HZ

Af＝f_M－f_S＝100HZ

故频率变化较大，从而引起的音调变化也较明显。

2    可将本演示仪固定在手摇转台上转动每秒钟可转动3次，则最大速率为：

υ_M＝R2πn＝0.3×2×3.14×3＝2.5米／秒。

由于采用本实用新型的结构，整机重量仪为老式演示仪千分之一，造价仅为几十元。在演示过程中，摇动速度的大小和方向可由操作者方便掌握，可边讲边演示，真可谓方便自如，并且可达到原演示装置的功效。