示波器的使用和空氣中聲速的測(cè)量

1、. 示波器的使用示波器的使用及空氣中聲速的測(cè)量及空氣中聲速的測(cè)量 .目錄目錄1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理3. 實(shí)驗(yàn)儀器介紹實(shí)驗(yàn)儀器介紹4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟5. 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng).實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理；了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理；2.掌握示波器、信號(hào)發(fā)生器的作用和使用；掌握示波器、信號(hào)發(fā)生器的作用和使用；3.利用示波器進(jìn)行不同信號(hào)的測(cè)量，并利用示波器進(jìn)行不同信號(hào)的測(cè)量，并 掌握測(cè)量后的數(shù)據(jù)處理。掌握測(cè)量后的數(shù)據(jù)處理。4.用振幅法和位相法測(cè)定空氣中的聲速用振幅法和位相法測(cè)定空氣中的聲速5.了解聲速測(cè)量的應(yīng)用和發(fā)展了解聲速測(cè)量的應(yīng)用和發(fā)展.實(shí)驗(yàn)

2、原理實(shí)驗(yàn)原理-示波器示波器1. 示波管的構(gòu)造原理示波管的構(gòu)造原理 2. 示波器顯示波形的原理示波器顯示波形的原理3. 示波器顯示李薩如圖示波器顯示李薩如圖.示波器的構(gòu)造示波器的構(gòu)造示波器由電源供給電路、顯示電路、放大電路和掃描與同步電路；示波器由電源供給電路、顯示電路、放大電路和掃描與同步電路；示波管是其關(guān)鍵部分，主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組示波管是其關(guān)鍵部分，主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。成。.示波器原理示波器的圖像顯示示波器原理示波器的圖像顯示1t2t0t0tttxVyV001t 示波器顯示波形的原理示意圖示波器顯示波形的原理示意圖 示波器顯示的圖像受水平偏偏轉(zhuǎn)電壓和

3、垂直偏轉(zhuǎn)電壓的影響。示波器顯示的圖像受水平偏偏轉(zhuǎn)電壓和垂直偏轉(zhuǎn)電壓的影響。例：例：tabcdetABCDEyVxV 信號(hào)掃描過程示意圖信號(hào)掃描過程示意圖 .示波器原理李薩如圖像顯示示波器原理李薩如圖像顯示24434547223012 相同頻率不同相同頻率不同相位時(shí)的李薩相位時(shí)的李薩如圖形如圖形 利用李薩如圖比較兩個(gè)信號(hào)之間的相位差：由兩個(gè)偏振互相垂利用李薩如圖比較兩個(gè)信號(hào)之間的相位差：由兩個(gè)偏振互相垂直且相位不同的線偏振光相干形成。直且相位不同的線偏振光相干形成。0202102121: TT2:13:13:2442243838不同相位差時(shí)不同相位差時(shí)的李薩如圖像的李薩如圖像.聲速測(cè)量聲速的特點(diǎn)

4、聲速測(cè)量聲速的特點(diǎn) 頻率在頻率在202020000Hz20000Hz的聲振動(dòng)在彈性媒質(zhì)中所激起的縱波稱聲波。的聲振動(dòng)在彈性媒質(zhì)中所激起的縱波稱聲波。聲波是一種機(jī)械波。聲波是一種機(jī)械波。聲波在空氣中的傳播速度與聲波的頻率無關(guān)，只取決于空氣本身聲波在空氣中的傳播速度與聲波的頻率無關(guān)，只取決于空氣本身的性質(zhì)，因此有的性質(zhì)，因此有RTv 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在0 00 0C C時(shí)，時(shí)，v vt t=331.45m/s,=331.45m/s,在在t t0 0C C時(shí)，干燥空氣中時(shí)，干燥空氣中聲速的理論值為：聲速的理論值為：15.273t15.27345.331tv. 本實(shí)驗(yàn)是對(duì)超聲波波速的測(cè)量

5、。測(cè)量聲速最簡(jiǎn)單、本實(shí)驗(yàn)是對(duì)超聲波波速的測(cè)量。測(cè)量聲速最簡(jiǎn)單、最有效的方法之一是利用聲速最有效的方法之一是利用聲速v 、振動(dòng)頻率、振動(dòng)頻率 f 和波長(zhǎng)和波長(zhǎng) 之之間的基本關(guān)系，即間的基本關(guān)系，即 v=f 測(cè)出聲振動(dòng)頻率測(cè)出聲振動(dòng)頻率 f 和聲波的波長(zhǎng)和聲波的波長(zhǎng) ，就可算出聲波的，就可算出聲波的波速波速 v。當(dāng)然這僅僅是一種最簡(jiǎn)便的近似測(cè)量。當(dāng)然這僅僅是一種最簡(jiǎn)便的近似測(cè)量。 實(shí)驗(yàn)室中常利用，用實(shí)驗(yàn)室中常利用，用振幅法振幅法、相位法、相位法測(cè)定波長(zhǎng)測(cè)定波長(zhǎng) ，由，由函數(shù)發(fā)生器或示波器直接讀出頻率函數(shù)發(fā)生器或示波器直接讀出頻率 f。 聲速測(cè)量原理聲速測(cè)量原理. 振幅法也稱駐波法。發(fā)射器發(fā)出的聲波

6、近似于平振幅法也稱駐波法。發(fā)射器發(fā)出的聲波近似于平面波。經(jīng)接收器反射后，波將在兩端面間來回反射面波。經(jīng)接收器反射后，波將在兩端面間來回反射,并并且疊加。當(dāng)兩個(gè)換能器之間的距離等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍且疊加。當(dāng)兩個(gè)換能器之間的距離等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)發(fā)生共振，產(chǎn)生共振駐波現(xiàn)象，波幅達(dá)到極大。由縱時(shí)發(fā)生共振，產(chǎn)生共振駐波現(xiàn)象，波幅達(dá)到極大。由縱波的性質(zhì)可以證明，振動(dòng)位移處于波節(jié)時(shí)，則聲壓是處波的性質(zhì)可以證明，振動(dòng)位移處于波節(jié)時(shí)，則聲壓是處于波腹。于波腹。 位移聲壓S1S2聲速測(cè)量原理聲速測(cè)量原理-振幅法測(cè)波長(zhǎng)振幅法測(cè)波長(zhǎng)移動(dòng)接收換能器S2，記錄波形振幅最大時(shí)的s2位置.波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說是相位

7、的傳播。波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點(diǎn)，其振動(dòng)狀態(tài)相同沿傳播方向上的任何兩點(diǎn)，其振動(dòng)狀態(tài)相同(同相同相: 相相位差為位差為0)或者說其相位差為或者說其相位差為2的整數(shù)倍時(shí)兩點(diǎn)間的距的整數(shù)倍時(shí)兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長(zhǎng)離應(yīng)等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即的整數(shù)倍，即 l = n (n為一正整數(shù)為一正整數(shù)) 利用這個(gè)公式可測(cè)量波長(zhǎng)。利用這個(gè)公式可測(cè)量波長(zhǎng)。相位法又可分為相位法又可分為行波法行波法和和李薩如圖形法李薩如圖形法。聲速測(cè)量原理聲速測(cè)量原理-相位法測(cè)波長(zhǎng)相位法測(cè)波長(zhǎng). 將發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)同時(shí)輸入到示波器，此將發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)同時(shí)輸入到示波器，此時(shí)示波器上同時(shí)顯示的發(fā)送

8、和接收電信號(hào)。當(dāng)改變時(shí)示波器上同時(shí)顯示的發(fā)送和接收電信號(hào)。當(dāng)改變兩個(gè)換能器之間的距離時(shí)，發(fā)送信號(hào)不變，而接收兩個(gè)換能器之間的距離時(shí)，發(fā)送信號(hào)不變，而接收電信號(hào)（正弦波）的幅值和位置均發(fā)生變化，當(dāng)接電信號(hào)（正弦波）的幅值和位置均發(fā)生變化，當(dāng)接收電信號(hào)的位置與發(fā)射信號(hào)的位置前后兩次重合時(shí)收電信號(hào)的位置與發(fā)射信號(hào)的位置前后兩次重合時(shí)接收器走過的距離，就是信號(hào)的波長(zhǎng)。接收器走過的距離，就是信號(hào)的波長(zhǎng)。1x2x12xxl聲速測(cè)量原理聲速測(cè)量原理-行波法測(cè)波長(zhǎng)行波法測(cè)波長(zhǎng).位相法的另一種測(cè)量方法是李薩如圖法位相法的另一種測(cè)量方法是李薩如圖法當(dāng)兩路信號(hào)同時(shí)輸入到示波器時(shí)，熒光屏上當(dāng)兩路信號(hào)同時(shí)輸入到示波器時(shí)

9、，熒光屏上將顯示出兩個(gè)同頻率相互垂直的諧振動(dòng)的疊加將顯示出兩個(gè)同頻率相互垂直的諧振動(dòng)的疊加圖形圖形李薩如圖李薩如圖24434547223012兩個(gè)同斜率直線所對(duì)應(yīng)的傳感器間距為一個(gè)波長(zhǎng)兩個(gè)同斜率直線所對(duì)應(yīng)的傳感器間距為一個(gè)波長(zhǎng) 。聲速測(cè)量原理聲速測(cè)量原理-李薩如圖形法測(cè)波長(zhǎng)李薩如圖形法測(cè)波長(zhǎng).本實(shí)驗(yàn)使用的儀器主要有：聲速測(cè)量本實(shí)驗(yàn)使用的儀器主要有：聲速測(cè)量?jī)x、儀、 函數(shù)發(fā)生器和示波器。函數(shù)發(fā)生器和示波器。聲速測(cè)量?jī)x聲速測(cè)量?jī)x由：超聲壓電陶瓷由：超聲壓電陶瓷換能器、帶有標(biāo)尺的底座和讀數(shù)裝置換能器、帶有標(biāo)尺的底座和讀數(shù)裝置構(gòu)成，用來作聲壓與電壓之間的轉(zhuǎn)換，構(gòu)成，用來作聲壓與電壓之間的轉(zhuǎn)換，以及波長(zhǎng)

10、的測(cè)量。以及波長(zhǎng)的測(cè)量。函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器用來產(chǎn)生超聲波；用來產(chǎn)生超聲波； 示波器示波器用來觀察超聲波的振幅、用來觀察超聲波的振幅、相位和頻率。相位和頻率。實(shí)驗(yàn)儀器及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器及注意事項(xiàng).1.聲速測(cè)量?jī)x讀數(shù)裝置壓電陶瓷換能器標(biāo)尺底座.傳感器及它的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 傳感器是物理實(shí)驗(yàn)中常用的間接測(cè)量元件。本實(shí)驗(yàn)傳感器是物理實(shí)驗(yàn)中常用的間接測(cè)量元件。本實(shí)驗(yàn)中使用的傳感器是由壓電陶瓷片構(gòu)成的，其中一個(gè)是用來中使用的傳感器是由壓電陶瓷片構(gòu)成的，其中一個(gè)是用來產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)并在空氣中激發(fā)出超聲波。另一個(gè)用來接收產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)并在空氣中激發(fā)出超聲波。另一個(gè)用來接收振動(dòng)，同時(shí)電輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。振動(dòng)，同時(shí)電

11、輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。 . 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 壓電陶瓷片電輸入或輸出端鋁外殼.信號(hào)發(fā)生器函數(shù)選擇頻率范圍選擇頻率微調(diào)信號(hào)輸出開關(guān).1 1、諧振頻率的測(cè)量、諧振頻率的測(cè)量改變信號(hào)發(fā)生器的頻率時(shí)，會(huì)看到波的幅度會(huì)增大，當(dāng)波幅改變信號(hào)發(fā)生器的頻率時(shí)，會(huì)看到波的幅度會(huì)增大，當(dāng)波幅最大時(shí)，即達(dá)到換能器的共振頻率。最大時(shí)，即達(dá)到換能器的共振頻率。.2 2、利用共振駐波法測(cè)量聲速、利用共振駐波法測(cè)量聲速將換能器的接收端接入示波器的將換能器的接收端接入示波器的CH1通道，當(dāng)改變換能器之間通道，當(dāng)改變換能器之間的距離時(shí)，駐波的波幅會(huì)隨著距離的增大而變化，記錄波幅最的距離時(shí)，駐波的波幅會(huì)隨著距離的增大而變化，記錄

12、波幅最大時(shí)的接收換能器的位置。大時(shí)的接收換能器的位置。.3 3、利用行波法測(cè)量聲速、利用行波法測(cè)量聲速保持剛才的接線，同時(shí)將發(fā)射波接入保持剛才的接線，同時(shí)將發(fā)射波接入CH2, 選擇觸發(fā)與發(fā)射波選擇觸發(fā)與發(fā)射波同步，當(dāng)改變換能器之間的距離時(shí)，接收波的位置會(huì)發(fā)生變化，同步，當(dāng)改變換能器之間的距離時(shí)，接收波的位置會(huì)發(fā)生變化，記錄接收波與發(fā)射波重合時(shí)的接收換能器的位置。記錄接收波與發(fā)射波重合時(shí)的接收換能器的位置。.4 4、利用李薩如圖法測(cè)量聲速、利用李薩如圖法測(cè)量聲速保持剛才的接線，水平顯示選擇保持剛才的接線，水平顯示選擇X-Y，當(dāng)改變換能器之間的，當(dāng)改變換能器之間的距離時(shí)，示波器上的李薩如圖形會(huì)發(fā)生變化，記錄同斜率的距離時(shí)，示波器上的李薩如圖形會(huì)發(fā)生變化，記錄同斜率的直線李薩如圖出現(xiàn)時(shí)，接收換能器的位置。直線李薩如圖出現(xiàn)時(shí)，接收換能器的位置。.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 利用示波器測(cè)量聲速時(shí)，需要將兩換利用示波器測(cè)量聲速時(shí)，需要將兩換能器先接近（移動(dòng)時(shí)需要觀察，避免能器先接近（移動(dòng)時(shí)需要觀察，避免兩換能器接觸到），距離大約是兩換能器接觸到），距離大約是S1S2=2.0cm;信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度pp=20.0;f為諧振頻率，為測(cè)量得到為諧振頻率，為測(cè)量得到的值。的值。 2. 實(shí)驗(yàn)后不要