利用手机自制多普勒效应实验仪

卢佳欣

1 制作原理

多普勒效应是指：当波源（声波、光波等）和观察者有相对运动时，观察者收到的波的频率和波源发出的频率不同，两者相互接近时，收到的频率升高，相互远离时则降低。

例如，当火车迎面开来时，你会觉得汽笛的尖叫声震耳欲聋；而当机车从身旁驶过以后，顿时会感到声音不那么尖锐了。这是由于当波源和观察者接近时，单位时间内观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。频率越高，声音越“尖”，或者说声调越高。反之，如果观察者与波源背向运动，那么单位时间内观察者所收到的完全波的个数就比原来少了。即接收到减小。频率变小，声调变低。

受“鸣笛的火车靠近（远离）观测者可观测到多普勒效应”的启发，笔者想到用滑轮把发声装置（手机）将波发射出去，且用细钢丝绳约束手机的运动，用这个方法演示多普勒效应。

2 制作材料与方法

利用手机喇叭作为波源，当波源与观察者之间有相对运动时就会听到蜂鸣器发出声音的音调发生了变化。如图1所示，选择一根细钢丝绳作为手机移动导轨，细钢丝绳上穿入两个金属钥匙环，金属钥匙环再穿上一个小塑料网兜，把手机放入网兜内，封住网兜口防止手机掉出。

这样，手机通过钥匙环固定在细钢丝绳上，在外力作用下，使得手机作为波源可以在细钢丝绳上沿着直线快速运动。最后，在细钢丝绳两端固定两块海绵，海绵的作用是为了降低手机移动速度，防止手机碰坏。

3 实验过程

（1）利用声音编辑软件，录制不同频率的音频文件，比如录制一段频率为440Hz（C调do音）文件。保存在手机中，作为波源。

（2）细钢丝绳绑定在教室的两端，或者在操场上，由两个学生拉住绳子。将手机装入网兜，套上钥匙环，钥匙环连同手机一起安装到细钢丝绳上。

手机作为波源不动，让学生原地听发出的音调，判断是否有多普勒效应产生。

手机放在细钢丝绳的某部位发声，让学生分别沿着钢丝绳的方向，或相对细钢丝绳垂直的方向靠近、远离波源，判断是否有多普勒效应产生。

用力往前推，使手机在细钢丝绳上快速移动起来，学生分别站在细钢丝绳的中间、两端，听音调，判断是否有多普勒效应产生。

当手机作为波源与学生相对快速运动时，会听到声音音调明显变化，实验效果十分明显，直观性很强，可以帮助学生更好地理解多普勒效应。

4 教具优点

辅助教具结构简单，成本低廉。由于手机是学生熟悉并且感兴趣的物品，当把它作为物理实验仪器出现在高中物理课堂时，可以使物理实验变得有趣生动且有亲切感，增加学生的学习兴趣，从而较易克服思维障碍，较快地达到掌握物理概念的目的。