文档介绍：南昌大学物理实验报告
课程名称: 大学物理实验
实验名称: 声波衰减系数的测量
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学生姓名: 学号:
实验地点: 座位号:
实验时间:
一、实验目的:
测出声波在空气中声强衰减系数。
二、实验原理:
1. 声强与声压之间的关系
声波在介质传播过程中,其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为声波的衰
减。声功率是指声源在单位时间内辐射的总声能量,常用W 表示,单位为瓦。声功率
是表示声源特性的一个物理量,声功率越大,表示声源单位时间内发射的声能量越大,
引起的噪声越强。声强是指在声场中垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积
的声能,常以 I 表示,单位为瓦/平方米。声波在媒介中传播时,声强衰减如下式所示:
I d = I 0 ead
式中 I 0 表示入射初始声强, I d 为深入媒质 d 距离处的声强, a 为衰减系数。
目前,在声学测量中,声强和声功率通常不易直接测量,往往要根据测出的声压通
过换算来求得,故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时,引起空气质点的
振动,从而使空气密度发生变化。在声波所达到的各点上,气压时而比无声时的压强高,
时而比无声时的压强低,某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声
压,记为 P ,单位是帕斯卡。在自由声场中,声波传播方向上某点声强 I 与声压 P 、媒
介特性阻抗 Z 存在如下关系:
= P 2
2Z
超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如
钛酸钡),在一定的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下,压电
材料受到与极化方向一致的应力 F 时,在极化方向上产生一定的电场强度 E 。它们之间有一简单的线性关系 E = gF 。反之,当在压电材料的极化方向上加电场 E 时,材料
的伸缩形变 S 与电场 E 也有线性关系 S = kE ,比例系数 g 、 k 称为压电常数,它与材
料性质有关。
由于 E 和 F 、 S 和 E 之间具有简单的线性关系,因此,能将正弦交流信号变成压
电材料纵向长度的伸缩,使压电陶瓷成为声波的波源。反过来,也可以使声压变化转变
为电压的变化,即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超
声波频率比较单纯,方向性强,基本上是一个平面波,这对于提高测量的精密度是有利
的。
P = kU
3. 衰减系数的确定由声强与声压的关系:
= P 2
2Z
在声波传播时,声强衰减如下式所示:
I d = I 0 ead
声压与电压关系
P = kU
得
U 2 d = U 0
2 ead
对其两边取对数则有:
2 lnU d = ad + lnU 0 2
(1)
式中为 a 为衰减系数,可看出电压对数的两倍 2 lnU d 与衰减系数 a 成线性关系。若测得
n 组电压数值,作如上处理。(1)式求得斜率即求得衰减系数 a 。
三、实验内容和步骤:
调节信号源,示波器至最佳状态
信号源频率处于换能器共振频率附近,示波器显示信号波形大小合适,位置居中。
将接收换能器从相距发射器 40mm 左右开始往后移动,连续捕捉极大电压峰值,并记下各自