利用手機(jī)自制多普勒效應(yīng)實驗儀

盧佳欣

1 制作原理

多普勒效應(yīng)是指：當(dāng)波源（聲波、光波等）和觀察者有相對運動時，觀察者收到的波的頻率和波源發(fā)出的頻率不同，兩者相互接近時，收到的頻率升高，相互遠(yuǎn)離時則降低。

例如，當(dāng)火車迎面開來時，你會覺得汽笛的尖叫聲震耳欲聾；而當(dāng)機(jī)車從身旁駛過以后，頓時會感到聲音不那么尖銳了。這是由于當(dāng)波源和觀察者接近時，單位時間內(nèi)觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大。頻率越高，聲音越“尖”，或者說聲調(diào)越高。反之，如果觀察者與波源背向運動，那么單位時間內(nèi)觀察者所收到的完全波的個數(shù)就比原來少了。即接收到減小。頻率變小，聲調(diào)變低。

受“鳴笛的火車靠近（遠(yuǎn)離）觀測者可觀測到多普勒效應(yīng)”的啟發(fā)，筆者想到用滑輪把發(fā)聲裝置（手機(jī)）將波發(fā)射出去，且用細(xì)鋼絲繩約束手機(jī)的運動，用這個方法演示多普勒效應(yīng)。

2 制作材料與方法

利用手機(jī)喇叭作為波源，當(dāng)波源與觀察者之間有相對運動時就會聽到蜂鳴器發(fā)出聲音的音調(diào)發(fā)生了變化。如圖1所示，選擇一根細(xì)鋼絲繩作為手機(jī)移動導(dǎo)軌，細(xì)鋼絲繩上穿入兩個金屬鑰匙環(huán)，金屬鑰匙環(huán)再穿上一個小塑料網(wǎng)兜，把手機(jī)放入網(wǎng)兜內(nèi)，封住網(wǎng)兜口防止手機(jī)掉出。

這樣，手機(jī)通過鑰匙環(huán)固定在細(xì)鋼絲繩上，在外力作用下，使得手機(jī)作為波源可以在細(xì)鋼絲繩上沿著直線快速運動。最后，在細(xì)鋼絲繩兩端固定兩塊海綿，海綿的作用是為了降低手機(jī)移動速度，防止手機(jī)碰壞。

3 實驗過程

（1）利用聲音編輯軟件，錄制不同頻率的音頻文件，比如錄制一段頻率為440Hz（C調(diào)do音）文件。保存在手機(jī)中，作為波源。

（2）細(xì)鋼絲繩綁定在教室的兩端，或者在操場上，由兩個學(xué)生拉住繩子。將手機(jī)裝入網(wǎng)兜，套上鑰匙環(huán)，鑰匙環(huán)連同手機(jī)一起安裝到細(xì)鋼絲繩上。

手機(jī)作為波源不動，讓學(xué)生原地聽發(fā)出的音調(diào)，判斷是否有多普勒效應(yīng)產(chǎn)生。

手機(jī)放在細(xì)鋼絲繩的某部位發(fā)聲，讓學(xué)生分別沿著鋼絲繩的方向，或相對細(xì)鋼絲繩垂直的方向靠近、遠(yuǎn)離波源，判斷是否有多普勒效應(yīng)產(chǎn)生。

用力往前推，使手機(jī)在細(xì)鋼絲繩上快速移動起來，學(xué)生分別站在細(xì)鋼絲繩的中間、兩端，聽音調(diào)，判斷是否有多普勒效應(yīng)產(chǎn)生。

當(dāng)手機(jī)作為波源與學(xué)生相對快速運動時，會聽到聲音音調(diào)明顯變化，實驗效果十分明顯，直觀性很強(qiáng)，可以幫助學(xué)生更好地理解多普勒效應(yīng)。

4 教具優(yōu)點

輔助教具結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。由于手機(jī)是學(xué)生熟悉并且感興趣的物品，當(dāng)把它作為物理實驗儀器出現(xiàn)在高中物理課堂時，可以使物理實驗變得有趣生動且有親切感，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而較易克服思維障礙，較快地達(dá)到掌握物理概念的目的。