聲速測量習(xí)題及數(shù)據(jù)處理

1、聲速測量填空題1 .聲速測量實(shí)驗(yàn)中，采用駐波共振法測量聲速時(shí)，要使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等 于換能器的諧振頻率，并且在實(shí)驗(yàn)過程中保持不變。2 .聲速測量實(shí)驗(yàn)使用的聲速測量儀，是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，在交變電壓的作用 下使壓電體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而在空氣中激發(fā)出超聲波。3 .聲波的傳播速度 v,聲源的振動(dòng)頻率f和聲波波長入之間的關(guān)系為v=f。聲速測量實(shí)驗(yàn)測波長常用的方法有共振干涉法和位相比較法。4 .聲速測量實(shí)驗(yàn)中是通過壓電晶體的壓電效應(yīng)來發(fā)射和接收聲波。6 .聲速測量采用位相比較法測波長時(shí),可通過示波器觀察李薩如圖形判斷相位差。李 薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0_或色干，橢圓變?yōu)閮A斜

2、的直線。7 .聲速測量采用共振干涉法測波長時(shí)，當(dāng)接收端面與發(fā)射端面之間的距離恰好等于半_波長的整數(shù)倍時(shí),疊加后的波形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)（或波腹）間的距離等于半個(gè)波長。簡答題1 .實(shí)驗(yàn)中為什么要在超聲換能器諧振狀態(tài)下測量？答：在諧振狀態(tài)下超聲換能器的縱向伸縮幅度大，發(fā)射的聲波強(qiáng)；接收換能器接收 的聲壓大，輸出的電信號(hào)強(qiáng)。這樣，可以提高測量的靈敏度，較為準(zhǔn)確的確定駐波的波節(jié)， 有利于準(zhǔn)確地測量聲波的波長。2 .實(shí)驗(yàn)中怎樣找到超聲換能器的諧振頻率？答：實(shí)驗(yàn)中所使用的超聲換能器的諧振頻率在3040kHz之間，可以通過以下兩種方法找到換能器的諧振頻率。（1）方法一：根據(jù)發(fā)射換能器的諧振指示燈調(diào)節(jié)逆時(shí)

3、針調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“電源開關(guān)幅度調(diào)節(jié)”（AMPLITUDBPOWER旋鈕，調(diào)節(jié)到約為最大位置的三分之二。在輸出頻率3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)“頻率微調(diào)”（FINE）旋鈕，使聲波發(fā)射換能器旁邊的指示燈點(diǎn)亮。這時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率即為換能器的諧振頻率。（2）方法二：根據(jù)接收換能器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)兩換能器發(fā)射面和接收面之間的距離約為1cm左右，用示波器觀察接收換能器的輸出信號(hào)，在輸出頻率 3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“頻率微調(diào)”（FINE）旋鈕，使接收換能器的輸出電壓信號(hào)最大。此時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等于換能器的諧振頻率。3 .相位比較法測量聲速時(shí)，怎樣才能在示波器上觀

4、察到李薩如圖形？選擇什么樣的 李薩如圖形進(jìn)行測量？答：采用相位比較法進(jìn)行測量時(shí)需要判斷相位差，通過示波器觀察李薩如圖形可以判 斷相位差。李薩如圖形可以由兩個(gè)相互垂直的簡諧振動(dòng)的疊加形成。因此，為了在示波器上觀察到李薩如圖形，發(fā)射換能器的輸入信號(hào)和接收換能器的輸出信號(hào)必須一個(gè)作為示波器的“Y”輸入，另一個(gè)作為“ X”輸入。實(shí)驗(yàn)中，可以將發(fā)射換能器的輸入信號(hào)接示波器的“Y”輸入；將“拉丫i(X)”旋鈕拉出，接收換能器的輸出信號(hào)接“X”輸入。適當(dāng)調(diào)節(jié)Yi和Y2兩個(gè)通道的靈敏度選擇開關(guān)以及“ X”和“Y”位移旋鈕，可以在示波器上觀察到完整的李薩 如圖形。實(shí)驗(yàn)中由于輸入示波器的是頻率嚴(yán)格一致兩個(gè)信號(hào)，因

5、此李薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0或兀時(shí)，橢圓變?yōu)閮A斜的直線。 測量時(shí)選擇判斷比較靈敏的直線形李薩 如圖形進(jìn)行測量。以某一個(gè)直線位置作為測量的起點(diǎn)，相位差每變化兀即距離變化半個(gè)波長，李薩如圖形從斜率為正或負(fù)的直線變?yōu)樨?fù)或正的直線。4 .實(shí)驗(yàn)中為什么要使換能器發(fā)射面和接受面要保持相互平行？答：換能器發(fā)射面發(fā)出的聲波經(jīng)空氣傳播到接受面，接受面在接收聲波信號(hào)的同時(shí)反射部分聲波信號(hào)。當(dāng)接收面與發(fā)射面嚴(yán)格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波與反射波在發(fā)射面與接受面之間相干涉形成駐波。5 .實(shí)驗(yàn)中信號(hào)發(fā)生器和示波器各起什么作用？答：利用信號(hào)發(fā)生器提供數(shù)十千赫茲頻率的交流電信號(hào)，利用示波器來觀察

6、經(jīng)換能器 接收面產(chǎn)生的電信號(hào)波形。6 .用共振干涉法和位相比較法測聲速有何不同和相同？答：兩種測量聲速白方法都是利用v f來計(jì)算聲速。不同點(diǎn)在于對(duì)波長的測量方法不用，共振干涉法是測量入射聲波與反射聲波形成的駐波波長；位相比較法是通過比較入射波和反射波的相位差來確定波長。7 .不用波長的聲波在相同介質(zhì)中聲速相同嗎？為什么？答：相同。因?yàn)槁暡ㄊ且环N在彈性媒質(zhì)中傳播的縱波，聲速是振動(dòng)狀態(tài)的傳播速 度，它的大小只與媒質(zhì)的彈性、密度和溫度有關(guān)，在一定的媒質(zhì)中，聲速為常數(shù)。聲速測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:要求：(1)用逐差法處理數(shù)據(jù)，計(jì)算超聲波的波長；(2)利用不確定度的間接傳遞，計(jì)算超聲波傳播速度的不確定度，并表

7、示出測量結(jié)果;(3)計(jì)算測量時(shí)聲速的理論值，并與測量值比較，得出百分誤差。32,86 4.714.692 mm1,共振干涉法測聲速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄L2L8L2637.74 9.364.730 mmL3L9 L342.32 14.124.700 mmL4L10L4646.78 18.734.675 mmL51L5651.56 23.434.688 mmL6L12 L656.37 28.024.725 mmLi4.702 mmi123456789101112,i(mm)4.719.3614.1218.7323.4328.0232.8637.7442.3246.7851.5656.37共振頻率 f 37

8、.056 KHz T=20 CL1L7L162 L 9,404 mmv =f37.056 9.404 348.475 mm2Li LUa(L)0.00884 mmUb(L)Uc(L),Ua( L)2 + Ub( L)2 0.0106 mmUc(2Uc(L)0.0212 mmUc(v)fUc(37.056 0.0212 0.786 m/s儀 0.01丁 r- 0.00577 mm、3.3v Uc(v)348.48 0.79 m/s測量結(jié)果EvUc(v)c, 0.79°, 八,100%-100% 0.23%348.48聲速的理論值v理v0273.5 t273.5331.5273.5 20

9、273.5343.41 m/s28.16 04.693 mmL1L2L8L2632.77 4.654.687 mmL3L9L3637.57 9.35 4.703 mmL4L10L442.24 14.19L561L56646.94 18.864.675 mm4.680 mmL12 L6651.49 23.474.670 mm16 Li6 i 14.685 mm向白，士一3人/士八、口工,v v理348.48 343.41測量值與理論值的百分誤差E 100% 100% 1.5%v343.412.位相比較法測聲速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄i123456789101112,i(mm)04.659.3514.1918.8623.4728.1632.7737.5742.2446.9451.49共振頻率 f 37.056 KHz T=20 CL7L1L 9.370 mmv =f37.056 9.370 347.299 mm2Li LUa(L)0.00497 mmUb(L)Uc(L),Ua( L)2 + Ub( L)20.00762 mmUc(2Uc(L)0.0152 mmUc(v)fUC(37.056 0.0152 0.563 m/s儀 0.01平0.00577 mm.3 J3測量結(jié)果Evv UC(v)347.30 0.57 m/sU