聲波衰減系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)報(bào)告

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：聲波衰減系數(shù)的測(cè)量學(xué)院：信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B104座位號(hào):實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第1周星期三下午三點(diǎn)四十五分1、熟悉、掌握儀器的使用方法。2、測(cè)出聲波在空氣中聲強(qiáng)衰減系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理:1 .聲強(qiáng)與聲壓之間的關(guān)系聲波在介質(zhì)彳播過(guò)程中，其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱(chēng)為聲波的衰減。聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能量，常用W表示，單位為瓦。聲功率是表示聲源特性的一個(gè)物理量，聲功率越大，表示聲源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的聲能量越大，引起的噪聲越強(qiáng)。聲強(qiáng)是指在聲場(chǎng)中垂直于聲波傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積

2、的聲能，常以I表示，單位為瓦/平方米。聲波在媒介中傳播時(shí)，聲強(qiáng)衰減如下式所示：Id二L式中I0表示入射初始聲強(qiáng)，Id為深入媒質(zhì)d距離處的聲強(qiáng)，a為衰減系數(shù)。目前，在聲學(xué)測(cè)量中，聲強(qiáng)和聲功率通常不易直接測(cè)量，往往要根據(jù)測(cè)出的聲壓通過(guò)換算來(lái)求得，故常用聲壓來(lái)衡量聲音的強(qiáng)弱。聲波在大氣中傳播時(shí)，引起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而使空氣密度發(fā)生變化。在聲波所達(dá)到的各點(diǎn)上，氣壓時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)高，時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)低，某一瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)壓強(qiáng)的改變量稱(chēng)為聲壓，記為P,單位是帕斯卡。在自由聲場(chǎng)中，聲波傳播方向上某點(diǎn)聲強(qiáng)I與聲壓P、媒介特性阻抗Z存在如下關(guān)系：2Z2 .聲壓與電壓關(guān)系超聲換能器的核心部

3、件是壓電陶瓷片。壓電陶瓷片是用多晶體結(jié)構(gòu)的壓電材料（如鈦酸鋼），在一定的溫度下經(jīng)極化處理制成的。它具有壓電效應(yīng)。在簡(jiǎn)單情況下，壓電材料受到與極化方向一致的應(yīng)力F時(shí)，在極化方向上產(chǎn)生一定的電場(chǎng)強(qiáng)度E。它們之間有一簡(jiǎn)單的線性關(guān)系E=gF。反之，當(dāng)在壓電材料的極化方向上加電場(chǎng)E時(shí)，材料的伸縮形變S與電場(chǎng)E也有線性關(guān)系S=kE,比例系數(shù)g、k稱(chēng)為壓電常數(shù)，它與材料性質(zhì)有關(guān)。由于E和F、S和E之間具有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，因此，能將正弦交流信號(hào)變成壓電材料縱向長(zhǎng)度的伸縮，使壓電陶瓷成為聲波的波源。反過(guò)來(lái)，也可以使聲壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號(hào)的接收器。壓電陶瓷超聲換能器產(chǎn)生的超聲波頻率比

4、較單純，方向性強(qiáng)，基本上是一個(gè)平面波，這對(duì)于提高測(cè)量的精密度是有利的。P=kU3,衰減系數(shù)的確定由聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系P22Z在聲波傳播時(shí)，聲強(qiáng)衰減如下式所示：h=k聲壓與電壓關(guān)系P=kU對(duì)其兩邊取對(duì)數(shù)則有：2b2%=一M+比如？（D式中為口為衰減系數(shù)，可看出電壓對(duì)數(shù)的兩倍2lnUd與衰減系數(shù)a成線性關(guān)系。若測(cè)得n組電壓數(shù)值，作如上處理。（1）式求得斜率即求得衰減系數(shù)0三、實(shí)驗(yàn)儀器:聲速測(cè)定儀、數(shù)字示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)連接線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1,調(diào)節(jié)信號(hào)源，示波器至最佳狀態(tài)信號(hào)源頻率處于換能器共振頻率附近，示波器顯示信號(hào)波形大小合適，位置居中。2,將接收換能器從相距發(fā)射器30m法右開(kāi)始往

5、后移動(dòng)，連續(xù)捕捉波節(jié)處峰峰值，并記下各自相應(yīng)的峰峰電壓值和接收換能器位置。3 .記錄數(shù)據(jù)，制成曲線進(jìn)行分析。信號(hào)發(fā)生頻率：37.821KHz次數(shù)峰值距離(mm)峰峰值電壓(mV)2lnU133.53222015.41237.32198015.18342.02176014.95446.66142014.52551.42128014.31656.06114014.08760.7598013.78865.5190013.60970.1386013.511074.8480013.371179.5274013.211284.2372013.1613P89.97168013.04:1493.6866012

6、.981598.2062012.8616103.0160012.7917107.8158012.7318112.5058012.7319118.0056012.6620.67154012.5821126.3952012.5122131.2350012.4323136.0146012.2624P141.4544012.1725146.5038011.8826149.7036011.7727154.5033611.6328159.2433611.6329163.7832011.5430168.6031211.4931173.1631211.4932177.7830411.4333182.33280

7、11.2734186.7527211.2135191.9530411.4336196.5531211.4937201.5129611.3838206.1428811.3339210.6627211.2140215.2324811.03利用Excel進(jìn)行擬合，結(jié)果如下:由圖可知，聲波衰減系數(shù)：=0.0211六、誤差分析：1、信號(hào)發(fā)生器發(fā)射的信號(hào)不穩(wěn)定，頻率一直在緩慢增長(zhǎng)。2、標(biāo)尺讀數(shù)存在誤差，未準(zhǔn)確在波節(jié)處讀數(shù)?？諝饨橘|(zhì)受到外界環(huán)境的干擾3、聲波傳遞受到介質(zhì)的影響、干擾。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：聲波在介質(zhì)中傳遞時(shí)，會(huì)由于聲束擴(kuò)散、散射和吸收等原因而產(chǎn)生衰減。改變峰值距離時(shí)應(yīng)該緩慢地移動(dòng)，在移動(dòng)到波節(jié)時(shí)，應(yīng)等示波器示數(shù)穩(wěn)