文档介绍：西安交通大学实验报告
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课程:_____大学物理实验____ 实验日期: 2014 年 11月 30日
专业班号______组别__无___ 交报告日期: 2012 年 12 月 4 日
姓名___ 学号______ 报告退发: (订正、重做)
同组者____________________________ 教师审批签字:
实验名称:超声波测声速
一、实验目的:
、发射、和接收方法;
、相位比较法测量声速。
二、实验仪器:
SV-DH系列声速测试仪,示波器,声速测试仪信号源。
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 = f λ,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。

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:
振幅最大的各点称为波腹,其对应位置:
振幅最小的各点称为波节,其对应位置:
因此只要测得相邻两波腹(或波节)的位置Xn、Xn-1即可得波长。

从换能器S1发出的超声波到达接收器S2,所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差:。因为x改变一个波长时,相位差就改变2π。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
四、实验内容

(1)示波器的使用与调整
使用示波器时候,请先调整好示波器的聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口,把信号输入示波器。接着调节通道1,2的幅度微调,扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关,触发源选择开关,内触发源选择开关,Auto-Norm-X-Y开关,在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。
(2)信号发生器的调整
根据实验的要求调整信号发生器,产生频率大概在35KHz左右,幅度为5V的一个正弦信号。由于本实验测声速的方法需要通过换能器(压电陶瓷)共振把电信号转为声信号,然后再转为电信号进行的,所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。在寻找共振频率时,通过调节信号发生器的微调旋钮,观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。
  (3)超声速测定仪的使用
在超声速测定仪中,左边的换能器是固定的,右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。这样,左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来,在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图。

寻找到超声波的频率(就是换能器的共振频率)后,只要测量到信号的波长就可以求得声速。我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长:
(1)驻波法
信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后,会在两个换能器件之间产生驻波。改变换能器之间的距离(移动右边的换能器)时,在接收端(把声信号转为电信号的换能器)的信号振幅会相应改变。当换能器之间的距离为信号波长的一半时,接受端信号振幅为最大值。
实验中调节示波器的垂直方式选择开关,触发源选择开关,内触发源选择开关,Auto-Norm-X-Y开关,使屏幕上显示出接受端信号,图见前面“调整仪器”中“示波器的使用与调整”部分。然后,一边移动右边换能器,一边观察示波器上的信号幅度。当信号幅度为最大值时,通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。两个相邻的信号幅度最大时换能器间的距离差就是波长的一半。
(2)相位比较法
由于两个换能器间有距离,这样在两个换能器处的信号有一相位差。当换能器间距离改变一个波长时,相位差改变2p。
实验中调节示波器的垂直方式选择开关,触发源选择开关,内触发源选择开关,Auto-Norm-X-Y开关,使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李撒如图(见图11)。然后,一边移动右边换能器,一边观察示波器上的李撒如图。当观察到两个信号的相位差改变2时,通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。
五、注意事项:
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。 
六、实验经过及数据记录:
(1)驻波法测声速
连线如图
调节各仪器到如下图所示状态(所示波峰峰值最大):
读数: ;
再调节声速测试仪,使所示波峰峰值重新达到最大
读数: ;
以此类推,读出多组数据,记录如下所示:

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