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声速测量实验报告.docx

文档介绍

文档介绍:声速测量实验报告
姓名:陈岩松
学号:5501215012
班级:本硕实验班151班
实验名称
声速的测量
实验目的
用驻波法和相位法测声速。
学会用逐差法进行数据处理。
了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。
了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的功能。
实验原理
声速v、声源振动频率f和波长九之间的关系是
V = fk
所以只要测得声波的频率f和波长丸,就可以求得声速V。其 中声波频率频率计测得。本实验的主要任务是测量声波波长 Z,用驻波法和相位法测量。
相位法
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播。在波的传播 方向上任何两点,如果其振动状态相同或者其相位差为 2兀的
整数倍,这两点的距离等于波长的整数倍,即 l=nk( n为一
整数)。
若超声波发出的声波是平面波,当接收器面垂直于波的传播 方向时,其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动 接收器时,总可以找到 个位置使得接收到的信号与发射器 的电信号同相。继续移动接收器,直到找到的信号再一次与 发射器的激励电信号同相时,移过的这段距离就等于声波的 波长。
实际操作时,我们用的是利用李萨如图形寻找同相或反相时 椭圆退化成直线的点。
驻波法
按照驻波动理论,超声波发生器发出的平面波经介质到接收 器,若接收面与发射面平仃,声波在接收面就会被垂直反射, 于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。当接收端面与发 射头间的距离恰好等于半波长的整数倍时,叠加后的波就形 成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长 匕。当发生
2
器的激励频率等于驻波系统的固有频率(本实验中压电陶瓷
的固有频率)时,会产生驻波共振波腹处的振幅达到最大值。 声波是一种纵波。由纵波的性质知,驻波波节处的声压最大。
当发生共振时,接收端面处为一波节,接收到的声压最大, 转换成的电信号也最强。移动接收器到某个共振位置时,示 波器上又会出现最强的信号,继续移动到某个共振位置,则 两次共振位置之间的距离即为’。
2
实验仪器
声速测量仪、示波器、信号发生器
驻波法测声速
如图所示连接好电路,让 S和S2靠近并留有适当的空 隙,使两端面平行且与游标尺正交。
根据实验给出的压电换能器的振动频率 f,将信号发生 器的输出频率调至f附近,缓慢移动当在示波器上看到 正弦波首次出现振幅较大处,固定 S2,在仔细微调信号发生 器的输出频率,使荧光屏上图形振幅达到最大,读出共振频
实验内容及步骤
在共振条件下,将S2移近0,在缓慢移开S2,当示波器 出现振幅最大时,记下S2的位置X。
由近及远移动S2,逐次记下各振幅最大时S2的位置,连 续测10个数据Xi, X2, X3,…X10
用逐差法计算出波长的平均值。
用相位法测声速
调节示波器使,将“秒/格”旋钮旋至X-Y利用李萨如 图形观察发射波与接收波的相位差,找出同相点。
在共振条件下,使S2靠近S1,然后慢慢移开S2,当示波 器上出现45倾斜线时,微调游标卡尺上的微调螺丝,使图形 稳定,记下的位置X0
继续缓慢移开S2,依次记下10个示波器上李萨如图形 为45直线时游标卡尺的读数%; x2,…x;o
用逐差法算出声波波长的平均值。
共振频率f=
(单位:mr):
X0
X1
X2
X4





X5
X6
X7
X8
X9
X10






由上表可得下表(其中厶Xi二Xi .5-Xi空2单位:cm)
5
△x2
△X3
AX5





九2
>3
九4
'-5





下面用逐差法求声波波长
x = ( X6二Xi )_(X7二X2 ) … (Xio二X5 )
25
= ( —)+(—)十…+( —) mm
25
= mm
数据处理及记录
则波长■ =2 x = mm
v 二「= 1 03 1 0 ^m/^
F面计算声波速度的不确定度
先计算■的不确定度,
|5 _2
为(入k -》)t
7=\ = =
1 5-1

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