大学物理实验教案课件

大学物理实验教案青岛科技大学物理实验室多媒体电子教材第二章振动与动摇2.1声速丈量2.2空气中声速的测定2.1声速丈量一、演示目的引见一种丈量声速的新方法。二、演示原理本丈量仪器的安装照实物所示，一个1.2m的有机玻璃管用作波导管，其上方和下方分别安装有进水口和出水口，上方固定一扬声器，扬声器由一频率可调的低频信号发生器驱动，对于某一个特定的驱动频率，经过控制进水的流量及时间，可缓慢调理波导管内的液面高度。由于水的声阻抗大于空气的阻抗，声波在水面反射时产生半波损失。所以，水面构成的反射面只能构成波节。当空气柱长度满足n=1,2,3,……时，根据驻波原理，上端管口出现波腹，人耳只听到最强的共鸣声。低频信号发生器如继续降低波导管中的水位，即添加空气柱的长度，可以产生第2、3……次共鸣,空气柱的长度为L2、L3……,分别为，……，由于相邻两次共鸣景象之间的空气柱长度只差为半个波长，利用实践丈量的L1、L3、L(n+1)可以求得。声速的频率知，测得声波在空气中传播的波长，根据公式即可求出声速。三、演示方法先将波导管中注满自来水，然后将水从波导管中渐渐流出，同时调理低频信号发生器的频率，在水位下降的过程记录发生共鸣时的水位，两次共鸣水位之间的间隔，恰好等于半个波长，从而推导出声波的波长。2.2空气中声速的测定实验目的学习利用波的叠加原理丈量声速的方法了解示波器的构造，学习其运用方法了解发射和接纳超声波的原理和方法实验要求示波器面板各旋钮的作用及运用方法。压电陶瓷超声换能器的作用：逆压电效应正压电效应。测波长的三种方法：驻波法、相位法、双踪法。游标卡尺的读数方法和运用方法，误差限=0.02mm。丈量要求同讲义。〔双踪法选作〕数据处置同讲义。不作完好的实验报告，只作数据处置于预习报告册上。1、根本原理声速

假设固定频率为f=f0〔共振频率〕，经过波长λ丈量，即可求的声速v。本实验采用压电陶瓷超声换能器来实现声波和交流电压间的转换。当电信号的频率与换能器的固有振动频率相等时，其输出能量最大。实验原理2、驻波法低频信号发生器游标尺示波器S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1，S2之间的区域干涉而构成驻波相邻两极大值之间的间隔为半波长λ/2整数倍时，接纳面S2上的声压到达极大值。3、相位法S1发出的正弦波与S2收到的正弦波之间的相位差为φ=ωt=2πf/v=2πl/λS1与S2之间变化一个波长λ，φ相位差变化，示波器上所察看到的李萨如图随之变化一个周期。低频信号发生器游尺示波器李萨如图随相位的变化图形相位差实验仪器SBZ-A超声声速测定仪

SBZ-A公用信号源

SS-5702A双踪示波器实验步骤驻波法1〕发射换能器和接纳换能器的两个端面平行；2〕调整信号源和示波器正常的任务形状；3〕按照正确线路衔接仪器；4〕调整信号源任务频率，保证换能器处于谐振形状；5〕挪动S2，察看示波器显示的正弦波振幅变化，用游标尺读出振幅极大值S2所在位置。不断挪动S2，延续读出10个相邻的波节位置；6〕记录室温及信号源频率。

实验步骤相位法1〕按图接线，将发射换能器的输入信号接到示波器的通道2；2〕示波器的“触发源〞拨至CH2；将“时基因数〞拨至X-Y；3〕接纳换能器挪动到示波器屏上出现直线的位置，以便于观测；4〕延续S2，读取10组数据；5〕记录信号源频率及室温。

实验步骤双踪法1〕发射端信号接“CH1〞，接纳端信号接“CH2，垂直方式〔YMOOD〕中的开关拨至DUAL示波器处于两个通道信号的双踪显示形状；2〕旋转“时基因数〞旋钮可同时看到两个波形，推进S2，两个波形在程度方向发生相对挪动，当两个波形的峰和峰对齐时，阐明位相差是2的整数倍；3〕延续推进S2，记录峰与峰对齐时的10组数据，并记录频率。

λ=1.000cmf0=34000KHzV=331m/s参考数据1、驻波法实验数据频率f=34.905〔KHz〕室温t=22〔℃〕0.0090.0070.0030.0050.0095.1055.0965.0985.1085.1105.114L=Xi+5-Xi17.22216.21215.20014.17213.14812.12611.11410.0929.0628.034Xi(cm)10987654321序号对丈量量L，B类不确定度不确定度A类不确定度这样那么速度V的完好表示为V=(351.8±0.4)m/sEv=0.09﹪当温度为t时，空气中声速

那么实验丈量值与实际计算值的相对百分误差为

2．相位法实验数据〔每隔2测一次〕频率f=34.626〔KHz〕室温t=22〔℃〕0.0090.0070.0030.0050.0095.1055.0965.0985.1085.1105.114L=Xi+5-Xi17.22216.21215.20014.17213.14812.12611.11410.0929.0628.034Xi(cm)10987654321序号对丈量量L，其平均值的A类不确定度B类不确定度那么总不确定度这样速度V的完好表示为V=(352.4±0.6)m/sE=0.16﹪当温度为t时，空气中声速

那么实验丈量值与实际计算值的相对百分误差为3．双踪显示法实验数据〔选作〕频率f=34