運(yùn)動聲源的多普勒效應(yīng)

錢鈞 張春玲 李文華 趙明剛 劉麗颯 惠王偉 王槿 張?zhí)旌? 孔勇發(fā) 宋峰

摘 要 第22屆亞洲物理奧林匹克競賽實(shí)驗(yàn)試題共兩道，其中第二道是聲學(xué)黑匣子。該題目是一道虛擬實(shí)驗(yàn)題目，在二維平面上通過探測器對于運(yùn)動聲源的頻率信號探測，判斷聲源的初始位置以及相關(guān)運(yùn)動學(xué)參數(shù)等。該題目設(shè)計(jì)新穎，解法巧妙，綜合了聲波的傳播與測量、聲學(xué)多普勒效應(yīng)等相關(guān)知識。在疫情形勢下，非常適合物理專業(yè)學(xué)生進(jìn)行線上虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。本文詳細(xì)介紹了競賽試題的內(nèi)容，并給出試題的分析和解答。

關(guān)鍵詞 亞洲物理奧林匹克競賽;多普勒效應(yīng);聲學(xué);虛擬實(shí)驗(yàn)

第22屆亞洲物理奧林匹克競賽于2022年5月23—31日在印度舉行。因受新冠疫情影響，競賽采取線上、線下融合方式，理論/實(shí)驗(yàn)競賽由參賽各國設(shè)立線下考場進(jìn)行，題目討論和翻譯通過線上進(jìn)行，學(xué)生的答卷等資料掃描上傳評閱。南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院率領(lǐng)中國代表隊(duì)參加了此次競賽，獲得7枚金牌和1枚銀牌，并取得團(tuán)體總分第一。

本 次競賽的實(shí)驗(yàn)試題共有二道[1，2]，均為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，其中第二題是聲學(xué)黑匣子實(shí)驗(yàn)。在本題中，在二維平面上存在一個運(yùn)動聲源，聲源繞著一個勻速直線運(yùn)動的圓心作圓周運(yùn)動，通過可變位置的探測器對聲源頻率信號進(jìn)行測量，判斷聲源的初始位置以及相關(guān)運(yùn)動學(xué)參數(shù)等。這道虛擬實(shí)驗(yàn)題目，設(shè)計(jì)新穎，解法巧妙，綜合了波的傳播與測量、聲學(xué)多普勒效應(yīng)等相關(guān)知識。本文中做一個較為詳細(xì)的介紹與分析，下文的第一部分介紹題目，第二部分詳細(xì)作答和分析。