运动声源的多普勒效应

钱钧 张春玲 李文华 赵明刚 刘丽飒 惠王伟 王槿 张天浩 孔勇发 宋峰

摘 要 第22届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题共两道，其中第二道是声学黑匣子。该题目是一道虚拟实验题目，在二维平面上通过探测器对于运动声源的频率信号探测，判断声源的初始位置以及相关运动学参数等。该题目设计新颖，解法巧妙，综合了声波的传播与测量、声学多普勒效应等相关知识。在疫情形势下，非常适合物理专业学生进行线上虚拟实验学习。本文详细介绍了竞赛试题的内容，并给出试题的分析和解答。

关键词 亚洲物理奥林匹克竞赛;多普勒效应;声学;虚拟实验

第22届亚洲物理奥林匹克竞赛于2022年5月23—31日在印度举行。因受新冠疫情影响，竞赛采取线上、线下融合方式，理论/实验竞赛由参赛各国设立线下考场进行，题目讨论和翻译通过线上进行，学生的答卷等资料扫描上传评阅。南开大学物理科学学院率领中国代表队参加了此次竞赛，获得7枚金牌和1枚银牌，并取得团体总分第一。

本 次竞赛的实验试题共有二道[1，2]，均为虚拟仿真实验，其中第二题是声学黑匣子实验。在本题中，在二维平面上存在一个运动声源，声源绕着一个匀速直线运动的圆心作圆周运动，通過可变位置的探测器对声源频率信号进行测量，判断声源的初始位置以及相关运动学参数等。这道虚拟实验题目，设计新颖，解法巧妙，综合了波的传播与测量、声学多普勒效应等相关知识。本文中做一个较为详细的介绍与分析，下文的第一部分介绍题目，第二部分详细作答和分析。