文档介绍：声速测量(实验报告格式)
课程名称: 大学物理实验
实验名称: 声速测量
学院: 专业班级:
学生姓名: 学号:
实验地点: 104 座位号:
实验时间: 第周星期一下午16点开始
实验项目名称:声速测量
实验目的:
学会测量超声波在空气中的传播速度方法。
理解驻波和振动合成理论。
学会逐差法进行数据处理。
了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。
实验原理:
根据声速、声波频率、波长间的关系:,测得声波的频率和波长,就可求的声速。声波频率由信号发生器产生,可直接显示,故只需测得声波波长即可。有驻波法和相位法。
驻波法
实验时将信号发生器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上,超声发射换能器通过电声转换,将电压信号变为超声波,以超声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换,将声波信号变为电压信号后,送入示波器观察。设沿x方向射出的入射波方称为:,反射方程:,A为声源振幅,w为角频率,为由于波动传播到坐标x处引起的相位变化。所以合振动方程:y=y1+y2=;在声驻波中,波腹处声压(空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强)最小,而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时,声压效应最大,经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值,所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。移动卡尺游标,改变两只换能器端面的距离,在一系列特定的距离上,媒质中将出现稳定的驻波共振现象,此时,两换能器间的距离等于半波长的整数倍,只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化,记录下相邻两次出现最大电压数值时(即接收器位于波节处)卡尺的读数(两读数之差的绝对值等于半波长),则根据公式:
就可算出超声波在空气中的传播速度,其中超声波的频率可由信号发生器直接读得。
2、相位法
波是振动状态的传播,也可以说是位相的传播。在声波传播方向上,所有质点的振动位相逐一落后,各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接收点存在着位相差,而这位相差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的位相关系中得出,并可利用示波器的李萨如图形来观察。相差和角频率、传播时间t之间有如下关系:同时有,,,(式中T为周期)代入上式得:当     (n=1,2,3,...)时,可得。由上式可知:当接收点和波源的距离变化等于一个波长时,则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期(即Ф=2π)。实验时,通过改变发射器与接收器之间的距离,观察到相位的变化。当相位差改变π时,相应距离
的改变量即为半个波长。根据波长和频率即可求出波速。
实验仪器:
信号发生器、双踪示波器、声速测量仪
实验内容及步骤:
1、驻波法
将信号源调至电陶瓷换能器的固有频率,连续改变接收器位置,波器叠加方式用“Y2”,内触发电源亦选“Y2”或“Y1/Y2”,观察声压变化与接收器位置的关系,由此测得超声波波长。
2、相位法
利用示波器合成李萨如图,改变接收器位置,示波器叠加方式用“交替”或“断续”,内触发电源选“Y2”,按下示波器的“X-Y”键,改变接收器位置,通过李萨如图形变化测定超声波波长。
数据记录及处理(一定要有数据计算的具体步骤,要进行不确定度的计算):f=
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