大学物理实验——空中声速的测定

1、空气中声速的测定,实验 2,实验目的,学习利用波的叠加原理测量声速的方法 了解示波器的结构，学习其使用方法 了解发射和接收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使用方法。 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使用方法，误差限=0.02mm 。 测量要求同讲义。（双踪法选作） 数据处理同讲义。 不作完整的实验报告，只作数据处理于预习报告册上。,1、基本原理 声速 若固定频率为 f=f0（共振频率），通过波长测量，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

2、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,S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1，S2之间的区域干涉而形成驻波相邻两极大值之间的距离为半波长/2整数倍时，接收面S2上的声压达到极大值。,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 =t =2f/v=2 l / S1与S2之间变化一个波长，相位差变化，示波器上所观察到的李萨如图随之变化一个周期。,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专用信号源 SS-5702A双踪示波器,实验步骤,驻波法 1）发射换能器和接收换能器的两个端面平行 ； 2）调整信号源

3、和示波器正常的工作状态； 3）按照正确线路连接仪器； 4）调整信号源工作频率，保证换能器处于谐振状态； 5）移动S2 ，观察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。不断移动S2，连续读出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）接收换能器移动到示波器屏上出现直线的位置 ，以便于观测； 4）连续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”，接收端信号接“CH2，

4、垂直方式（Y MOOD）中的开关拨至DUAL示波器处于两个通道信号的双踪显示状态 ； 2）旋转“时基因数”旋钮可同时看到两个波形，推动S2 ，两个波形在水平方向发生相对移动，当两个波形的峰和峰对齐时，说明位相差是2的整数倍； 3）连续推动S2 ，记录峰与峰对齐时的10组数据，并记录频率 。,=1.000cm f0=34000KHz V=331m/s,参考数据,1、驻波法实验数据 频率f =34.905（KHz） 室温t = 22 （）,对测量量L，,B类不确定度,不确定度,A类不确定度,这样,则,当温度为t时，空气中声速,则实验测量值与理论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（）,对测量量L，其平均值的 A类不确定度,B类不确定度,则总不确定度,这样,当温度为t时，空气中声速