声速测量实验报告册

1、* 名单序号实验课程名称： _大学物理实验实验项目名称声速的测量（打 *的信息为必填）实验成绩预习操作报告959495* 姓 名*专业班级* 学 号实验编码H1指导老师姓名*班级报告箱编码实验台号实验日期年月日午第一部分：实验预习报告实验目的 （ 1）进一步熟悉示波器和信号源的使用方法（2）掌握两种测声速的原理和方法；（3） 了解超声波的发射与接收原理； （4） 加深对纵波波动和驻波特性的理解。 实验原理 一、声速测量原理超声波的发射与接收 在超声波的发射与接收中，利用了压电陶瓷的逆、正压电效应，发射的压电换能器是把 电压 信号转换成 声压信号 ；接收的压电换能器是把 声压信号 ，转换成 电压

2、 信号。测量声速的实验方法 在声速的测量中，声波的频率可由连接到发射压电换能器的信号发生器的显示屏直接读 出，只要能测出声波的波长，就可由公式 v=f 求出声速。波长可用下列两种方法测量 ：（1）共振干涉法 由于压电换能器发出的超声波近似于平面声波， 当接收器端面垂直于波的传播方向时， 从 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 形成驻波， 反射面处为媒质振 动位移的波节。“声压腹”指的是驻波 波节的位置 。接收器端面声压和位置的变化关系对于固定位置的发射器 S1，沿声波传播方向移动接收器 S2 时（见实验仪器部分“声速 测量实验装置示意图” ），接收端面声压的变化和接收器位

3、置的关系可从实验中测出，如下图 所示。当接收器处于一系列特定位置上 时，媒质中出现稳定的驻波共振现象， 此 时接收面上的声压达到极大值。可以证 明，接收面两相邻声压极大值之间的距 离 l，即为半波长 /2 。 若保持频率 f 不变，测量相邻两次接收信 号达到极大值时接收面所移动的距离l，可以得到： = 2l2）相位比较法沿传播方向上的任意两点， 如果其振动状态相同， 即两点的位相差为 2的整数倍， 这时两 点间的距离 S应等于波长 的 n （整数）倍，即 S = n 为了测出波长，可通过李萨育图形判断相位差，将发射端（S1）电信号和接收端（ S2）的电信号输入到示波器的 CH1和 CH2，选择

4、 X-Y 工作方式即可。当两信号同相或反相时，李萨育图形 由 椭圆 变化成 斜线 。 实验仪器 信号发生器、 双踪示波器、 综合声 速测定仪、干湿温度计、气压表。实验内容与步骤 一、共振法测声速（1）将接收器 S2 稍移开一段距离，与发射器 S1相距 6 厘米。（2）按书中图 1 连接好电路。（3）确定发射换能器的谐振频率 ：接收器 S2 信号经“CH”输入，调节信号发生器的频率 （在 33kHz39kHz 之间调节），观察示波器“”输入的信号幅度，当波形幅度达到 最大 时，此时发射器就处于谐振状态，记录下谐振频率，此后不再改变信号源频率。（4） 缓慢远移接收器 S2，每当接收信号幅度最大时，

5、记录接收器位置X i，连续记录 16 个数据填入表 1 中。二、相位比较法测声速（ 1）做完共振法测声速之后，保持谐振频率不变，示波器水平工作方式选择“” 。（ 2）调整两通道的灵敏度，使示波器上李萨育图形的大小合适。每当李萨育图形从椭圆 变为 斜线 （包括正、负斜率） ， 记录接收器位置 Xi，连续记录 16 个数据填入报告册的表2 中。预习思考题 怎样确定压电换能器的谐振频率？将两换能器分开一段距离，信号发生器接入换能器S1，示波器 CH2 接入换能器 S2，调整信号发生器的输出频率约为 33KHz 左右， 不断调整信号输出频率， 观察到示波器信号振幅 最大时的频率即为压电换能器的谐振频率

6、。第二部分：实验过程记录 （可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过 程发现的问题等）表1 共振法测测量声速数据记录表次数i频率 (Hz)位置Xi (mm)次数i频率 (Hz)位置Xi (mm)Li =Xi+8 -Xi (mm)13410060.0093410099.7639.7623410064.801034100104.5039.7033410069.821134100109.6039.7843410074.621234100114.3239.7053410079.401334100119.4040.0063410084.501434100124.3239.8273410089

7、.301534100129.3040.0083410094.821634100134.5439.72f ( Hz)34100L ( mm)39.81uA(f) (Hz)0uA (L) ( mm)0.044uB (f )仪 0.58Hzuc (f )u22A2 uB2仪uB (L) 20.023mm uc(L)uA2 u2 B3=0.58Hz3=0.050mm表 2 相位比较测量声速数据记录表次数频率位置次数频率位置Li =Xi+8 -Xii(Hz)Xi (mm)i(Hz)Xi (mm)(mm)13410059.8893410099.7839.9023410064.881034100104.78

8、39.9033410069.801134100109.7639.9643410074.821234100114.7839.9653410079.821334100119.7439.9263410084.801434100124.7239.9273410089.821534100129.7439.9283410094.821634100134.7239.90f ( Hz)34100L ( mm)39.92uA(f) (Hz)0uA (L) ( mm)0.009仪 0.58HzuB(f )3仪 0.58Hz仪 0.023mm uB(L) 2 仪3 0.023mmuc(f )uA2 uB2=0.58

9、Hzuc (L)uA2 uB2=0.025mm教师签字 第三部分 发现的问题等) 数据处理 一、共振法测量声速波长 L9.9525 mm4声速 v f相对不确定度 ur (v) uc(v)/v标准不确定度 uc(v) vur (v)结果表达式： v v U 二、相位比较法测声速波长 L 9.9806 mm4声速 v f相对不确定度 ur (v) uc(v)/v标准不确定度 u (v) vu (v)结果与讨论 (可加页)(包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程uc( ) uc(L)/40.0124 mm339.38 m/s(uc( )/ )2 (uc(f )/ f )20.1%0.42 m/s U 2u