南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-聲速測(cè)量

1、聲速測(cè)量（實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式）課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 聲速測(cè)量 學(xué)院： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 104 座位號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第周星期一下午16點(diǎn)開(kāi)始 一、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：聲速測(cè)量 二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 學(xué)會(huì)測(cè)量超聲波在空氣中的傳播速度方法。2、 理解駐波和振動(dòng)合成理論。3、 學(xué)會(huì)逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4、 了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的能力。三、 實(shí)驗(yàn)原理： 根據(jù)聲速、聲波頻率、波長(zhǎng)間的關(guān)系：，測(cè)得聲波的頻率和波長(zhǎng)，就可求的聲速。聲波頻率由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，可直接顯示，故只需測(cè)得聲波波長(zhǎng)即可。有駐波法和相位法。1、 駐波法 實(shí)驗(yàn)時(shí)將信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦電壓信

2、號(hào)接到發(fā)射超聲換能器上，超聲發(fā)射換能器通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)變?yōu)槌暡?，以超聲波形式發(fā)射出去。接收換能器通過(guò)聲電轉(zhuǎn)換，將聲波信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后，送入示波器觀察。設(shè)沿x方向射出的入射波方稱為：，反射方程：，A為聲源振幅，w為角頻率，為由于波動(dòng)傳播到坐標(biāo)x處引起的相位變化。所以合振動(dòng)方程：y=y1+y2=；在聲駐波中，波腹處聲壓（空氣中由于聲擾動(dòng)而引起的超出靜態(tài)大氣壓強(qiáng)的那部分壓強(qiáng)）最小，而波節(jié)處聲壓最大。當(dāng)接收換能器的反射界面處為波節(jié)時(shí)，聲壓效應(yīng)最大，經(jīng)接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后從示波器上觀察到的電壓信號(hào)幅值也是極大值，所以可從接收換能器端面聲壓的變化來(lái)判斷超聲波駐波是否形成。移動(dòng)卡尺游標(biāo)，改變兩只

3、換能器端面的距離，在一系列特定的距離上，媒質(zhì)中將出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振現(xiàn)象，此時(shí)，兩換能器間的距離等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，只要我們監(jiān)測(cè)接收換能器輸出電壓幅度的變化，記錄下相鄰兩次出現(xiàn)最大電壓數(shù)值時(shí)（即接收器位于波節(jié)處）卡尺的讀數(shù)（兩讀數(shù)之差的絕對(duì)值等于半波長(zhǎng)），則根據(jù)公式：就可算出超聲波在空氣中的傳播速度，其中超聲波的頻率可由信號(hào)發(fā)生器直接讀得。 2、相位法 波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說(shuō)是位相的傳播。在聲波傳播方向上，所有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位相逐一落后，各點(diǎn)的振動(dòng)位相又隨時(shí)間變化。聲波波源和接收點(diǎn)存在著位相差，而這位相差則可以通過(guò)比較接收換能器輸出的電信號(hào)與發(fā)射換能器輸入的正弦交變電壓信號(hào)的位相關(guān)系中得出，并

4、可利用示波器的李薩如圖形來(lái)觀察。相差和角頻率、傳播時(shí)間t之間有如下關(guān)系：同時(shí)有，（式中T為周期）代入上式得：當(dāng)     （n=1，2，3，.）時(shí)，可得。由上式可知：當(dāng)接收點(diǎn)和波源的距離變化等于一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，則接收點(diǎn)和波源的位相差也正好變化一個(gè)周期（即=2）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)改變發(fā)射器與接收器之間的距離，觀察到相位的變化。當(dāng)相位差改變時(shí)，相應(yīng)距離的改變量即為半個(gè)波長(zhǎng)。根據(jù)波長(zhǎng)和頻率即可求出波速。四、 實(shí)驗(yàn)儀器： 信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、聲速測(cè)量?jī)x五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1、駐波法 將信號(hào)源調(diào)至電陶瓷換能器的固有頻率，連續(xù)改變接收器位置，波器疊加方式用“

5、Y2”，內(nèi)觸發(fā)電源亦選“Y2”或“Y1/Y2”，觀察聲壓變化與接收器位置的關(guān)系，由此測(cè)得超聲波波長(zhǎng)。 2、相位法 利用示波器合成李薩如圖，改變接收器位置，示波器疊加方式用“交替”或“斷續(xù)”，內(nèi)觸發(fā)電源選“Y2”，按下示波器的“X-Y”鍵，改變接收器位置，通過(guò)李薩如圖形變化測(cè)定超聲波波長(zhǎng)。六、 數(shù)據(jù)記錄及處理（一定要有數(shù)據(jù)計(jì)算的具體步驟，要進(jìn)行不確定度的計(jì)算）：f=37.109kHz項(xiàng)目S2坐標(biāo)/mmX1X2X3X4X5X6X7X8X9X1078.31082.61087.14591.92595.485100.149105.840110.210114.921119.816逐差（5X）X6-X1X7

6、-X2X8-X3X9-X4X10-X521.83923.23023.06522.99624.331（/2=X）8.7369.2929.2269.1989.732的平均值9.237 f=37.099kHz項(xiàng)目S2坐標(biāo)/mmX1X2X3X4X5X6X7X8X9X1077.53486.03095.225105.445115.365123.720135.210144.367156.371165.612逐差（5X）X6-X1X7-X2X8-X3X9-X4X10-X546.18649.18049.14250.92550.247（=X）9.2379.8369.82810.18510.049的平均值9.427七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與小結(jié)：1. 由于兩金屬面并非絕對(duì)平行,可能導(dǎo)