CN109949668A - 一种多普勒效应实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多普勒效应实验装置，涉及物理实验装置领域，包括底座，底座上设置有一对支架，还包括一对转动设置在支架上的平行设置的丝杆，还包括移动平台，移动平台的两端设置有一对螺母，移动平台上固定设置有接收器安装架，一对支架的一个上固定设置有超声波发射器，一对支架的另一个上固定设置有红外发射器，接收器安装架上分别设置有超声波接收器和红外接收器，底座上还设置有探测接收器安装架的速度的光电门，还包括控制盒和动力装置，动力装置可驱动一对丝杆同步转动。本发明移动平台的运动平稳，不会产生震颤，实验精度高，实验内容丰富，便于分析和归纳多普勒效应的特点。
Description
技术领域
本发明涉及物理实验装置领域，尤其涉及一种多普勒效应实验装置。
背景技术
多普勒效应是德国数学家多普勒1842年发现的，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。多普勒效应是大学物理教学中的一个重要内容，中国专利申请文件CN104952327A，公开了一种多普勒效应综合实验仪，包括导轨，导轨的一端设有红外线接收支架组件，另一端设有水平传感发生器，与水平传感发生器相邻设有水平滑轮，红外接收支架组件和水平传感发生器之间在导轨上设有小车，小车的一端靠近红外接收支架组件设有充电桩，小车的另一端靠近水平传感发生器设有挡块支架组件，其中在水平滑轮上设有传输带，传输带的一端穿过挡块支架组件与小车相连，传输带的另一端与砝码相连。然而该多普勒效应实验装置中，移动的小车通过砝码重力的作用由传输带带动在导轨上运动，小车运动不稳定容易发生震颤，导致实验精度低，而且由砝码的重力驱动导致小车运动速度不可调，实验变量单一，而且小车速度也不恒定，导致接收到的频率信号不恒定，不便于分析和说明多普勒效应的特点。
发明内容
本发明目的就是为了弥补现有技术存在的缺陷，提供一种多普勒效应实验装置，解决现有多普勒效应实验装置存在的小车运动不稳定容易发生震颤，导致测量精度低，而且小车运动速度不可调，实验变量单一的问题。
本发明技术方案如下：一种多普勒效应实验装置，包括底座，所述底座上设置有一对间隔开并正对的支架，其特征在于：还包括一对平行设置的丝杆，所述一对丝杆的一端可转动的设置在所述一对支架的一个上，所述一对丝杆的另一端可转动的设置在所述一对支架的另一个上，还包括移动平台，所述移动平台的两端设置有一对螺母，所述一对螺母配合设置在所述一对丝杆上，所述移动平台上固定设置有接收器安装架，所述一对支架的一个上固定设置有超声波发射器，所述一对支架的另一个上固定设置有红外发射器，所述接收器安装架上分别设置有与所述超声波发射器正对的超声波接收器和与所述红外发射器正对的红外接收器，所述底座上还设置有探测所述接收器安装架的速度的光电门，还包括控制盒，所述控制盒与所述超声波发射器、红外发射器、超声波接收器、红外接收器和光电门通过信号线电连接，还包括动力装置，所述动力装置可驱动所述一对丝杆同步转动。
进一步，所述动力装置包括转动电机，所述转动电机与所述一对丝杆中的一个丝杆连接，所述一对丝杆之间设置有同步传动机构。
进一步，所述转动电机与所述控制盒通过信号线电连接。
进一步，所述一对丝杆的所述一端或另一端穿出所述支架，所述一对丝杆中的一个丝杆穿出所述支架的端部与所述转动电机的转轴连接。
进一步，所述一对丝杆中的一个丝杆穿出所述支架的端部通过联轴器与所述转动电机的转轴连接。
进一步，所述同步传动机构包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮的传动半径相同，所述第一齿轮设置在所述一对丝杆中的一个丝杆穿出所述支架的端部上，所述所述第二齿轮设置在所述一对丝杆中的另一个丝杆穿出所述支架的端部上，所述第三齿轮设置在所述第一齿轮和第二齿轮之间并与所述第一齿轮和第二齿轮传动配合，所述底座上固定设置有齿轮安装架，所述第三齿轮的转轴可转动的设置在所述齿轮安装架上。
进一步，所述一对丝杆的一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架的一个上，所述一对丝杆的另一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架的另一个上，所述第三齿轮的转轴通过轴承可转动的设置在所述齿轮安装架上。
进一步，所述一对丝杆两端位于所述一对支架之间的端部上设置有缓冲件。
进一步，所述缓冲件为缓冲弹簧。
进一步，所述控制盒包括显示窗。
本发明的有益效果在于：（1）作为多普勒效应实验装置的运动结构的移动平台利用配合的丝杆螺母装置由一对丝杆驱动，移动平台的运动平稳，不会产生震颤，实验精度高。（2）移动平台采用转动电机作为动力源，通过调节转动电机的转速可以调节移动平台的运动速度，可以测量不同运动速度下的多普勒效应，实验内容丰富；而且移动平台速度可以调节恒定，因此接收到的频率信号恒定，便于分析和归纳多普勒效应的特点。
附图说明
图1为本发明的多普勒效应实验装置的结构示意图。
图2为本发明的多普勒效应实验装置的俯视图的部分结构。
其中；1-底座；2-支架；3-丝杆；4-移动平台；5-接收器安装架；6-超声波发射器；7-红外发射器；8-超声波接收器；9-红外接收器；10-光电门；11-控制盒；12-转动电机；13-联轴器；14-缓冲件；15-螺母；16-转轴；17-第一齿轮；18-第二齿轮；19-第三齿轮；20-齿轮安装架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出简要说明。
如图1-2所示，一种多普勒效应实验装置，包括底座1，所述底座1上设置有一对间隔开并正对的支架2。还包括一对平行设置的丝杆3，所述一对丝杆3的一端可转动的设置在所述一对支架2的一个上，所述一对丝杆3的另一端可转动的设置在所述一对支架2的另一个上。还包括移动平台4，所述移动平台4的两端设置有一对螺母15，所述一对螺母15配合设置在所述一对丝杆3上。所述移动平台4上固定设置有接收器安装架5，所述一对支架2的一个上固定设置有超声波发射器6，所述一对支架2的另一个上固定设置有红外发射器7，所述接收器安装架5上分别设置有与所述超声波发射器6正对的超声波接收器8和与所述红外发射器7正对的红外接收器9，一对超声波发射器6和超声波接收器8、红外发射器7和红外接收器9可以实现运动目标与接收者之间的相向和相背两种运动方式的实验。所述底座1上还设置有探测所述接收器安装架5的速度的光电门。还包括控制盒11，所述控制盒11与所述超声波发射器6、红外发射器7、超声波接收器8、红外接收器9和光电门10通过信号线电连接，所述控制盒11用于控制所述超声波发射器6和红外发射器7发射一定频率的波信号，接收所述超声波接收器8和红外接收器9探测到的频率信号，控制光电门10工作探测接收器安装架5的运动速度即移动平台4的运动速度。还包括动力装置，所述动力装置可驱动所述一对丝杆3同步转动。
所述多普勒效应实验装置的工作原理如下：实验时，控制动力装置驱动一对丝杆3同步转动，从而通过一对螺母15带动移动平台4以一定的速度的直线运动，所述控制盒11控制所述超声波发射器6或红外发射器7发射一定频率的波信号，以及控制光电门10工作探测接收器安装架5的运动速度即移动平台4的运动速度，所述超声波接收器8或红外接收器9，光电门10将探测到的信号反馈给控制盒11。通过调节动力装置的驱动速度、超声波发射器6或红外发射器7的发射频率，可以得到同一发射频率下，不同移动平台4运动速度所对应的接收频率；以及同一移动平台4运动速度下，不同发射频率所对应的接收频率。上述多普勒效应实验装置中，作为运动结构的移动平台利用配合的丝杆螺母装置由一对丝杆驱动，移动平台的运动平稳，不会产生震颤，实验精度高。
所述一对丝杆3的驱动和传动结构可选地为但不限定于如下结构：所述动力装置包括转动电机12，所述转动电机12与所述控制盒11通过信号线电连接，控制盒11可以控制转动电机12以一定的速度正转或反转。所述一对丝杆3的所述一端或另一端穿出所述支架2，所述一对丝杆3中的一个丝杆穿出所述支架2的端部通过联轴器13与所述转动电机12的转轴连接，所述一对丝杆3之间设置有同步传动机构。所述同步传动机构包括第一齿轮17、第二齿轮18和第三齿轮19，所述第一齿轮17和第二齿轮18的传动半径相同，所述第一齿轮17设置在所述一对丝杆3中的一个丝杆穿出所述支架2的端部上，所述所述第二齿轮18设置在所述一对丝杆3中的另一个丝杆穿出所述支架2的端部上，所述第三齿轮19设置在所述第一齿轮17和第二齿轮18之间并与所述第一齿轮17和第二齿轮18传动配合，所述底座1上固定设置有齿轮安装架20，所述第三齿轮19的转轴16可转动的设置在所述齿轮安装架20上。
上述驱动和传动结构具有如下好处：移动平台4采用转动电机12作为动力源，通过调节转动电机12的转速可以调节移动平台4的运动速度，可以测量不同运动速度下的多普勒效应，实验内容丰富；而且移动平台4速度可以调节恒定，因此接收到的频率信号恒定，便于分析和归纳多普勒效应的特点。
为了减小装置中的转动摩擦，所述一对丝杆3的一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架2的一个上，所述一对丝杆3的另一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架2的另一个上，所述第三齿轮19的转轴16通过轴承可转动的设置在所述齿轮安装架20上。
所述一对丝杆3两端位于所述一对支架2之间的端部上设置有缓冲件14，可以防止移动平台4 在运动过程中对支架2产生撞击。所述缓冲件14可以为缓冲弹簧，或由弹性材料制成的缓冲块。
所述控制盒11包括显示窗，可以显示接收频率与运动速度、发射频率的对应关系。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多普勒效应实验装置，包括底座（1），所述底座（1）上设置有一对间隔开并正对的支架（2），其特征在于：还包括一对平行设置的丝杆（3），所述一对丝杆（3）的一端可转动的设置在所述一对支架（2）的一个上，所述一对丝杆（3）的另一端可转动的设置在所述一对支架（2）的另一个上，还包括移动平台（4），所述移动平台（4）的两端设置有一对螺母（15），所述一对螺母（15）配合设置在所述一对丝杆（3）上，所述移动平台（4）上固定设置有接收器安装架（5），所述一对支架（2）的一个上固定设置有超声波发射器（6），所述一对支架（2）的另一个上固定设置有红外发射器（7），所述接收器安装架（5）上分别设置有与所述超声波发射器（6）正对的超声波接收器（8）和与所述红外发射器（7）正对的红外接收器（9），所述底座（1）上还设置有探测所述接收器安装架（5）的速度的光电门（10），还包括控制盒（11），所述控制盒（11）与所述超声波发射器（6）、红外发射器（7）、超声波接收器（8）、红外接收器（9）和光电门（10）通过信号线电连接，还包括动力装置，所述动力装置可驱动所述一对丝杆（3）同步转动。
2.根据权利要求1所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述动力装置包括转动电机（12），所述转动电机（12）与所述一对丝杆（3）中的一个丝杆（3）连接，所述一对丝杆（3）之间设置有同步传动机构。
3.根据权利要求2所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述转动电机（12）与所述控制盒（11）通过信号线电连接。
4.根据权利要求3所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述一对丝杆（3）的所述一端或另一端穿出所述支架（2），所述一对丝杆（3）中的一个丝杆（3）穿出所述支架（2）的端部与所述转动电机（12）的转轴连接。
5.根据权利要求4所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述一对丝杆（3）中的一个丝杆（3）穿出所述支架（2）的端部通过联轴器（13）与所述转动电机（12）的转轴连接。
6.根据权利要求5所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述同步传动机构包括第一齿轮（17）、第二齿轮（18）和第三齿轮（19），所述第一齿轮（17）和第二齿轮（18）的传动半径相同，所述第一齿轮（17）设置在所述一对丝杆（3）中的一个丝杆（3）穿出所述支架（2）的端部上，所述所述第二齿轮（18）设置在所述一对丝杆（3）中的另一个丝杆（3）穿出所述支架（2）的端部上，所述第三齿轮（19）设置在所述第一齿轮（17）和第二齿轮（18）之间并与所述第一齿轮（17）和第二齿轮（18）传动配合，所述底座（1）上固定设置有齿轮安装架（20），所述第三齿轮（19）的转轴可转动的设置在所述齿轮安装架（20）上。
7.根据权利要求6所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述一对丝杆（3）的一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架（2）的一个上，所述一对丝杆（3）的另一端通过轴承可转动的设置在所述一对支架（2）的另一个上，所述第三齿轮（19）的转轴（16）通过轴承可转动的设置在所述齿轮安装架（20）上。
8.根据权利要求1所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述一对丝杆（3）两端位于所述一对支架（2）之间的端部上设置有缓冲件（14）。
9.根据权利要求8所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述缓冲件（14）为缓冲弹簧。
10.根据权利要求1所述的多普勒效应实验装置，其特征在于，所述控制盒（11）包括显示窗。
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