文档介绍：大物仿真实验:超短波测量声速 1 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日大物仿真实验:超短波测量声速 2 一、实验目的 1. 了解超声波的产生、发射和接收的方法; 2. 用驻波法和相位比较法测声速。二、实验仪器 1. 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。 2. 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。 3. 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。三、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。 1. 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: 叠加后合成波为: 的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置: (n=0,1,2,3 …); 的各点振幅最小,称为波节,对应的位置: (n=0,1,2,3 …)。因此,只要测得相邻两波腹(或波节)的位置、即可得波长。 2. 相位比较法测波长从换能器发出的超声波到达接收器,所以在同一时刻与处的波有一相位差: ( 其中λ是波长, x 为和之间距离) 。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。四、实验步骤图1实验装置和接线图大物仿真实验:超短波测量声速 3 1. 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,观察和是否平行。图 2接线截图 2. 测量信号源的输出频率。将示波器调整为 y-t 模式,观察到正弦信号的波形,使和间的距离约为 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。 3. 驻波法测波长和声速。向右缓慢移动,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,取 i=10 , 用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率计算声波波速和误差。 4. 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,当重复出现该图形时, 说明相位变化了 2π,即和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。李萨如图形大物仿真实验:超短波测量声速 4 图 3Ф=0图 7 Ф=π图 4 Ф=图 8Ф= 图 5 Ф=图 9Ф= 图 6 Ф=图 10 Ф=2π大物仿真实验:超短波测量声速 5 五、数据记录及处理 1. 基础数据记录谐振频率= 2. 驻波法测量声速表1 驻波法测量声速数据 i1 i( cm ) i+6 1 i+6( cm )λ i= (1 i+6 -1 i) /3(