文档介绍：超声声速的测定
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华北水利水电学院　大学物理实验中心
掌握用驻波法和相位比较法测量空气中的声速
加深对驻波和振动合成理论知识的理解，了解超声压电换能器的结构和原理
进一步掌握信号源和示波器的使用，培超声声速的测定
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掌握用驻波法和相位比较法测量空气中的声速
加深对驻波和振动合成理论知识的理解，了解超声压电换能器的结构和原理
进一步掌握信号源和示波器的使用，培养综合使用仪器能力
﹡实验目的与要求
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一、共振干涉法（驻波法）
S1发射
S2反射
干涉而成驻波
L
L
p
波腹
波节
S2表面声压与其位置的关系
﹡实验原理
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当换能器S1与S2的表面平行时，由换能器S1的震动产生的超声波在S1、S2两表面之间形成驻波，在接收换能器S2处是振幅的波节位置（理论推导）、声压的波腹位置，即该处位移为零，声压最大。当S1、S2的间距满足一定条件时，出现稳定的驻波现象，此时接收器S2表面的声压振幅最大，改变S1、S2的间距，可以测量到一系列的声压最大的位置，而这些相邻位置的间距就是超声波半波长的大小。
利用示波器来观测经换能器S2产生的电信号波形，以确定振幅的最大位置。
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结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为λ/2
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难点：
１、输入信号频率的影响
　　改变输入信号频率，观察接收信号的变化。在某一频率点处（约35~36KHz之间）接收器接收信号幅度最大，此频率即是压电换能器S1、S2相匹配频率点。实验时保持此频率不变。
２、S1、S2间距的影响
　　随着S1、S2间距的加大，接受信号的幅度会变小，要随时调节示波器的增益，以得到合适的图像。
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二、相位比较法（行波法）
S1发射
S2反射
干涉而成驻波
L
声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的。但它和声源的振动相位差Δj不随时间变化。
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S1接X通道,S2接Y通道，移动S2,得到如下李萨如图形：
结论：每次出现重复图形S2移动的距离为λ
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﹡实验装置
信号源
示波器
超声声速测量仪
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1、按实验装置图接线，使发射头和接收头的端面尽量平行
2、共振频率，调整函数发生器的输出频率，使接收头输出的电信号幅度最大
3、共振干涉法测波长，记录示波器上波形相继出现10个极大值所对应的接收头的坐标
4、相位比较法测波长，记录示波器上图形相继出现10个相同李萨如图形时所对应的接收头的坐标
﹡实验步骤
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，得到超声波传播速度

，求出两种测
量方法得到的v的相对误差E

﹡数据记录与处理
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﹡问题处理：
示波器不显示驻波：
调节信号发生器的输出频率，使频率处于换能器的共振频率上。
驻波图形太大或太小：
调节信号发生器的输出振幅、示波器的增益，以获得合适的图形。
随着两换能器的间距增加，示波器显示的图形的会逐渐变小，可调节示波器的增益，以获得合适的图形。
相位法测量时，须采用与驻波法相同的频率（即不可改变信号发生器的频率）。
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1 逐差法处理数据的优点是什么？
2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？
3 能否双显法进行测量？
﹡思考题
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﹡思考题解答参考
1 逐差法处理数据的优点是充分利用测量数据，并对数据有取平均的效果。
2 当输入电信号的频率为谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，此时产生的声波幅度最大；当外力的频率等于谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，此时得到的电信号最强。
3 能，将两端信号