| 出版日期：2004-12-27 总期号：600 本年期号：50 |
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用计算机辅助演示
多普勒效应实验 多普勒效应是指由于波源和观察者有相对的运动，从而导致观察者接收到的波的频率发生变化的现象。对于多普勒效应的教学实验过程，往往都侧重于让学生用耳朵来主观感受音调高低的改变，以此推断接收频率大小的变化，而人耳听觉并不精确，声源靠近或远离观察者导致的声音响度的变化会影响人对音调高低变化的判断，所以实验效果比较差。据此，笔者设计出一套用计算机辅助演示多普勒效应实验的实验方案，将听音调转化为看波形，装置简单、效果明显。 一、实验器材 J2462型低频信号发生器、放大器、扬声器、较长的连接导线（便于移动扬声器）、电脑（配备高灵敏麦克风及声音处理软件Cool Edit Pro 2.0）。实验器材连接如图1所示。 二、实验原理 低频信号发生器的信号经放大器和扬声器后发出单一频率振动的声音，构成了发声的波源。当麦克风相对声源靠近或远离时，其接收到的声波频率就会发生改变，而这种改变会直接通过计算机被声音处理软件Cool Edit Pro 2.0捕获，并在软件的界面上直观地显示出来。我们可以分别让麦克风或扬声器在动与不动两种情况下将接收到的声音信号通过软件Cool Edit Pro 2.0录制下来，然后在软件中对这两种录制信号进行放大，对单位时间内接收的完全波的个数做比较，从而确定接收频率的变化情况。 三、实验操作 连接好电路，调节信号发生器，使其发出等幅的1000Hz低频信号，在电脑中运行Cool Edit Pro 2.0软件，点击软件界面左下角的录音符号，这时会弹出一个对话框，在对话框中将“声道”由缺省的“立体声”改为“单声道”，其他两项“采样率”和“采样精度”可以采用默认值。点击[确定]后，软件就可以通过麦克风直接对扬声器发出的低频声音信号进行采集录音，并且自动生成一个录音文件，我们可以对该文件做保存操作。如果在麦克风静止不动和运动两种情况下分别进行录音，我们就可以得到两个声音文件。这两个声音文件的波形太过密集，我们可以点击软件界面左下角的[放大（右对齐）]按钮对波形进行多次放大。由图2我们很轻易地看出麦克风静止不动时，在大约0.0020毫秒内出现4个完整波形；当麦克风向扬声器迅速远离时，在0.0020毫秒出现的完全波的波数明显少于4个（图3），这表示麦克风在单位时间内接收的波数变少了，亦即接收频率变小了。当然我们也可让扬声器靠近或远离麦克风做同样的实验。因为软件的横轴表示时间，其单位为毫秒，精确度非常高，所以无论是移动麦克风还是移动扬声器，即使移动速度很小，移动的时间很短，都能在软件中很好地把频率的变化区分开来。该实验操作简单，效果明显，实验演示的成功率很高。 （湖北省武汉市黄陂区第二中学 乐志勇 雷志锋） 
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