超声波测声速实验报告

1、Xi交通大学大学物理模拟实验实验报告声速测量姓氏：李琳学生：没有。2120505028学校：电信学院班级级别：计算机22班一、实验目的1.了解超声波的产生、传输和接收方法；2.用驻波法和相位比较法测量声速。二、实验仪器1.超声波声速测试仪：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，使其等于系统的谐振频率。3.示波器：示波器的X轴和Y轴输入分别与一个传感器相连。改变两个传感器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。声波在当前频率下的波长可以被测量，声音在空气中的速度可以通过结合频率来获得。三、实验原理根据波动理论，波速与波长和频率有如下关系：v=f ，只要

2、频率和波长已知，就可以计算波速。在这个实验中，换能器由低频信号发生器控制，信号发生器的输出频率是声波频率。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。下图是超声波声速测量的实验装置图。图1实验装置和接线图1.驻波法测量波长声源发出的平面波被前方平面反射后，入射波和透射波叠加，其波动方程分别为y1=Acos2ft-xy2=Acos2ft x叠加后的复合波是：y=(2 cos 2x)cos 2ftcos2x=1的每个点都有最大的振幅，称为波腹。相应的位置是x=n 2 (n=0，1，2，3 )。cos2x=0的每个点都有最小的振幅，称为节点，对应的位置是x=(2n 1)4 (n=0，

3、1，2，3)。因此，只要测量两个相邻波腹(或节点)的位置Xn和Xn 1，就可以获得波长。2.用相位比较法测量波长从换能器S1发射的超声波到达接收器S2，因此同时在S1和S2的波之间存在相位差：=2(其中是波长，x是S1和S2之间的距离)。因为当x改变一个波长时，相位差改变2p。超声波的波长可以用李萨如图形来测量。四.实验步骤1.连接仪器。按照图1连接仪器，使用前预热10分钟，并在连续绗缝模式下自动工作。选择的媒介是空气，观察S1和S2是否平行。图2接线屏幕截图2.测量信号源的输出频率f0。将示波器调到y-t模式，观察正弦信号的波形，使S1和S2之间的距离约为5厘米；调整信号发射强度，幅度为5V

4、，频率调整在350(100兆赫兹)左右，同时观察波形，使信号幅度最大。此时，频率为329(100兆赫)，这是系统的共振频率。3.驻波法测量波长和声速。慢慢向右移动S2，观察示波器正弦信号的变化，选择信号的最大位置开始读数，记录为xi，取i=10，用差值法计算声波的波长和误差。利用共振频率f0计算声波速度和误差。4.用相位比较法测量波长和声速。将示波器调整到X-Y模式。观察示波器上出现的李萨如图形，慢慢移动S2。当这个数字反复出现时，它表明相位改变了2，也就是说，一个波长在S1和S2之间移动。沿右侧连续测量10个周期，用差分法处理数据，得到波长、声速和误差。Lisaru图图3 =0图4 =图5

5、= 4图8 = 2图6 = 2图9 =7 4图7 =3 4图10 =2 V.数据记录和处理1.基本数据记录谐振频率f0=33.5kHz千赫兹2.驻波法测量声速表1驻波法测得的声速数据i1i(cm)i 61i 6(cm)i=(1i 6-1i) /3(cm)19.062712.2341.05729.576812.7761.0673100.021(毫米)计算声速：(m/s)计算的不确定性：实验结果表明，=(3543)m/s，Ev=0.8%3.用相位比较法测量声速表2用相位比较法测得的声速数据(相位变换2)i1i(cm)一. 71i 7(cm)i=(1i 7-1i)/7(cm)谐振频率18.16281

6、5.9261.109f=32.0kHz千赫29.282917.0501.1103104001018.2201.107411.5121119.2061.099512.6001220.2901.099613.7221321.4601.105714.8321422.5321.100的平均值：1.1041(厘米)的不确定度：=0.002(cm)因为i=(1i 7-1i) /7，米=0.02毫米。因此，0.000233(厘米)0.020(毫米)计算声速：(m/s)计算的不确定性：实验结果表明，=(3533)m/s，B=0.8%六.误差分析1.由于使用软件虚拟操作，不应有读取错误，也不应有操作问题；2.由于我无法在6月9日登录到大事情实验中心和大厅，数据不是从软件中获得的，所以我只参考了互联网上的一些数据。七.实验建议1.虚拟实验软件可以在很多地方进行优化，比如增加一个最小化按钮，并对其进行调整以支持64位操作系统。2.实验原理可以写得很详细。因为有些知识还没有学会，大部分的实验原理都无法理解，而这些知识只是按照实验指导的步骤来完成的。八、思考问题1.准确测量共振频率的目的是什么？答：在共振频率下，波形最稳定