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优秀教案名师精编 1页第
纸学原中工
案理院学院教专用
【课题】声速的测量（3学时）教学说明
.学****用振幅极值法和相位比较法测量超声超声波 1【目的】在空气中的传播
（示波器、信号发生器、频率计 2等）使用知识的掌握【重点】共振干涉法和相位比较法【难点】
了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力【前言】声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，振动频率在
20-20000Hz的声波称为可闻声波，的声波称为超声波，为次声波频率高于对这些量的测量是.，传播速度等是声波的特性长，频率，，探伤，测距

间的关系来进行的f和波长入与振动频率所以在超声波段进行声速测量，有波长短，速度.
超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转在实际最常见的 ,,测材料弹性模量，定位测液体流速，对于超声波测距应用中，测量气体温度的瞬间变化等方面，超声波传播速度都有重要
意义.
【教学内容】.压电陶瓷换能器1本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换。它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料结钛酸铅制成。在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压，它就会按正弦规律发生纵向伸缩，从而发.
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出超声波。同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。压电陶瓷换能器在声一电转化过程中信号频率保持不变。
S作为声波发射器，它把电信号转化为声波所示，如图1£是信号接收器，它
把接收到的声波信号转信号向空间发射。2SS可以左右移动。是固定的，而化为电信号供观察。其中21
共振干涉法实验装置图图 1
2 .共振法测量波长S发出的声波（频率为），经介质（空气）传播由声源 fl SS在接收声波信号的同时反射部分声波信号。如果接收到， 22 SS）严格平行，
入射波即在接收面上垂直面（）与发射面（12反射，入射波与反射波相干涉形成驻波。反射面处是位移的波 x,在一系节，声压的波腹。改变接收器与发射源之间的距离x等列特定的距离上，空气中出现稳定的驻波共振现象。此时于半波长的整数倍，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。通过压电转换，产生的电信号的电压值也最大（示波器显示波形的幅值最大）。因此，若保持频率不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收Ax 2Ax）（,并用面之间的距离，即可得到该波的波长计算出声速。v f
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3 .相位比较法测量波长S声场在介质中任在其周围形成声场，发出声波后，声源1但它和声源振动的位相差一点的振动相位是随时间而变化的， A不随时
间变化。，距声源x处设声源方程可写成 S接收到tcosy y20x y ytv）,两处振
动的位一相差=（cos⑴ 的振动为ox xy轴（如图，若把两处振动分别输
入到示波器轴和v nnxn时，合振动为一斜率为，即=22所示），那么当=
）1（2n x时，合振动，即正的直线。当式）n 1 （22x为其它值时，合振动为椭圆。
移动为一斜率为负的直线。当SS移，当其合振动为直线的图形斜率正、负更替变化一次，22 2 x ，则动的距离 x（n ） n2122
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同频¥垂直振动合成的利萨如情形
名师精编优秀教案 ■ 一 — — 一 — 一一・ .
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【实验步骤】
1 .准备与声速测量系统的连接）和，调节亮度（INTENSITYPOWER1置ON（1）示波器，使波形清晰。（FOCUS聚焦触发方式）开关置INT, （2）触发源（TRIG. SOUR。（（（LOCK 状态。（3）声速测量时，专用信号源、测试仪、示波器之间的连接方法见图 3。
2 .谐振频率的