文档介绍：超声波测量声速实验报告——大学物理仿真实验学院:生命学院班级:生基硕01姓名:廖崇兵学号:10123011实验日期:2011年6月3日—9日交报告日期:2011年6月10日实验目的了解超声波的产生、发射和接收的方法;用驻波法和相位比较法测声速。实验仪器超声声速测定仪:主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器:提供一定频率的信号,使之等于系统的谐振频率。示波器:示波器的x,y轴输入各接一个换能器,改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长,结合频率,可以求得空气中的声速。实验原理由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:v=fλ,只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器,信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法(共振干涉法)和行波法(相位比较法)测量。下图是超声波测声速实验装置图。图1实验装置和接线图驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后,入射波与发射波叠加,它们波动方程分别是:y1=Acos2πft-xλy2=Acos2πft+xλ叠加后合成波为:y=(2Acos2πxλ)cos2πftcos2πxλ=±1的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置:x=±nλ2(n=0,1,2,3…);cos2πxλ=0的各点振幅最小,称为波节,对应的位置:x=±(2n+1)λ4(n=0,1,2,3…)。因此,只要测得相邻两波腹(或波节)的位置Xn、Xn+1即可得波长。相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2,所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差:φ=2πxλ(其中λ是波长,x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时,相位差就改变2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。实验步骤连接仪器。按照图1连接好仪器,使用前开机预热10min,自动工作在连续被方式,选择的介质为空气,观察S1和S2是否平行。图2接线截图测量信号源的输出频率f0。将示波器调整为y-t模式,观察到正弦信号的波形,使S1和S2间的距离约为5cm;调节信号发射强度,波幅为5V,在350(100MHz)附近调节频率,同时观察波形,使信号幅度最大,此时频率为329(100MHz),即为本系统的谐振频率。驻波法测波长和声速。向右缓慢移动S2,观察示波器正弦信号的变化,选择信号最大位置开始读数,记为xi,取i=10,用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率f0计算声波波速和误差。用相位比较法测波长和声速。将示波器调整为X-Y工作方式。观察示波器出现的李萨如图形,缓慢移动S2,当重复出现该图形时,说明相位变化了2π,即S1和S2之间移动了一个波长。沿右连续测量10个周期,用逐差法处理数据,求出波长、声速及误差。李萨如图形图3Ф=0图4Ф=π图5Ф=π4图8Ф=π2图6Ф=π2图9Ф=7π4图7Ф=3π4图10Ф=2π数据记录及处理基础数据记录谐振频率f0=(cm)i+61i+6(cm)λi=(1i+6-1i)/3(cm)