A-level 物理 (进阶物理)/远程物体距离测量/雷达

1. 你的系统使用哪种波？这种波的近似波长是多少？

无线电波，波长范围在 2.7 毫米到 100 米之间。

2. 它通常用于测量哪种距离？你预计距离会是多少？

物体到无线电视距的距离。这个宽度由以下公式给出：

$\mathrm {horizon} _{\mathrm {km} }=3.569\times {\sqrt {\mathrm {height} _{\mathrm {metres} }}}.$

因此，距离地球表面 10 米的雷达范围为 11.3 公里。

3. 测量这个距离对社会有什么用？

例如：雷达用于机场定位飞机并进行协调，使飞机能够安全着陆，避免碰撞。

4. 画出你系统的带标签的示意图。

5. 解释系统的工作原理以及收集到的数据。

'碟'旋转，上面的发射器发射无线电波脉冲。如果这些波撞击飞机，就会被飞机反射回来。碟将反射的无线电脉冲反射到接收器上（由于飞机距离的不同，允许接收来自不同角度的信号）。记录下信号到达飞机并返回所需的时间，并且已经知道无线电脉冲的速度（3 x 10⁸ms⁻¹）。

6. 解释如何使用收集到的数据计算到物体的距离。

$v={\frac {s}{t}}$

$s=tv\,$,

其中 s = 距离，t = 时间，v = 速度。在本例中，信号到达飞机所需的时间 t 是信号到达飞机并返回所需总时间 T 的一半，因此

$s={\frac {Tv}{2}}$

7. 你的系统有哪些局限性？(例如：精度，一致性)

• 随机噪声，例如：鸟类，天气
• 蓄意躲避雷达探测的尝试，例如：无线电波吸收涂料
• 飞机正在移动，因此，在信号返回雷达站并进行处理所需的时间内，飞机将不再位于计算出的位置。

8. 你预计这些局限性会导致多少百分比的误差？

如果我们假设从雷达站到飞机的距离为 5 公里，电磁波的速度为 3 x 10⁸ms⁻¹，飞机的速度为 500 公里/小时，则信号从飞机返回所需的时间为 1.67 x 10⁻⁵s。500 公里/小时 = 500000 米/小时 = 139 米/秒。因此，在信号返回雷达站所需的时间内，飞机会移动 2.31 毫米。这意味着距离读数存在 ±0.0000463% 的潜在误差，具体取决于飞机行驶的方向。这可能看起来微不足道，但读数每次只在碟旋转一次时进行，因此这种潜在误差在现实中会变得更大。

9. 如何解决这些问题？

在一段时间内进行多次读数，并使用计算机根据飞机目前的航线预测飞机的下一个位置。