文档介绍：大学物理实验超声波速测量实验报告一实验目的 1. 了解超声波的物理特性及其产生机制; 2. 学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据; 3. 测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数; 4. 并运用超声波检测声场分布。 5. 学****超声波产生和接收原理, 6. 学****用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度,并与公认值进行比较。 7. 观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射二实验条件 HLD-SV-II 型声速测量综合实验仪,示波器,信号发生仪三实验原理 1 、超声波的有关物理知识声波是一种在气体。液体、固体中传播的弹性波。声波按频率的高低分为次声波(f < 20Hz )、声波( 20Hz ≤f ≤ 20kHz )、超声波(f >20kHz ) 和特超声波(f ≥ 10MHz ), 如下图。声波频谱分布图振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波: 横波:质点振动方向和传播方向垂直的波,它只能在固体中传播。纵波:质点振动方向和传播方向一致的波,它能在固体、液体、气体中的传播。表面波: 当材料介质受到交变应力作用时, 产生沿介质表面传播的波, 介质表面的质点做椭圆的振动,因此表面波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。板波:在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波,可分为 SH 波与兰姆波。超声波由于其波长短、频率高, 故它有其独特的特点: 绕射现象小, 方向性好, 能定向传播; 能量较高, 穿透力强, 在传播过程中衰减很小, 在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远, 而且在液体里的衰减和吸收是比较低的; 能在异质界面产生反射、折射和波形转换。 2 、理想气体中的声速值声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程,因此传播速度可表示为? rRT ?V (1) 式中 R 为气体普适常量(R=/()) ,?是气体的绝热指数( 气体比定压热容与比定容热容之比),?为分子量,T 为气体的热力学温度, 若以摄氏温度 t 计算,则:tTT?? 0 KT15 .273 0?代入式(1) 得, 0 00 001V1)(VT tT tT rR tT rR?????= =??(2) 对于空气介质,0℃时的声速 0V = m /s。若同时考虑到空气中的蒸汽的影响, 校准后声速公式为: smp pT t w/) 319 .01 )(1(45 .331 V 0???(3) 式中 wp 为蒸汽的分压强, p 为大气压强。 3 、共振干涉法设有一从发射源发出的一定频率的平面声波, 经过空气传播, 到达接收器, 如果接收面与发射面严格平行, 入射波即在接收面上垂直反射, 入射波与反射波相干涉形成驻波, 反射面处为位移的波节。改变接收器与发射源之间的距离 l , 在一系列特定的距离上, 媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时,l 等于半波长的整数倍, 驻波的幅度达到极大; 同时, 在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。不难看出, 在移动接收器的过程中, 相邻两次达到共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。因此,若保持频率 v 不变,通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离(2/?) ,就可以用?v?V 计算声速。声压变化与接收器位置的关系: 4 、相位比较法发射波通过传声媒质到达接收器,所以在同一时刻,发射处的波与接收处的波的相位不同, 其