聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)

1、* 名單序號(hào)實(shí)驗(yàn)課程名稱： _大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱聲速的測(cè)量（打 *的信息為必填）實(shí)驗(yàn)成績(jī)預(yù)習(xí)操作報(bào)告959495* 姓 名*專業(yè)班級(jí)* 學(xué) 號(hào)實(shí)驗(yàn)編碼H1指導(dǎo)老師姓名*班級(jí)報(bào)告箱編碼實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)實(shí)驗(yàn)日期年月日午第一部分：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（ 1）進(jìn)一步熟悉示波器和信號(hào)源的使用方法（2）掌握兩種測(cè)聲速的原理和方法；（3） 了解超聲波的發(fā)射與接收原理； （4） 加深對(duì)縱波波動(dòng)和駐波特性的理解。 實(shí)驗(yàn)原理 一、聲速測(cè)量原理超聲波的發(fā)射與接收 在超聲波的發(fā)射與接收中，利用了壓電陶瓷的逆、正壓電效應(yīng)，發(fā)射的壓電換能器是把 電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 聲壓信號(hào) ；接收的壓電換能器是把 聲壓信號(hào) ，轉(zhuǎn)換成 電壓

2、 信號(hào)。測(cè)量聲速的實(shí)驗(yàn)方法 在聲速的測(cè)量中，聲波的頻率可由連接到發(fā)射壓電換能器的信號(hào)發(fā)生器的顯示屏直接讀 出，只要能測(cè)出聲波的波長(zhǎng)，就可由公式 v=f 求出聲速。波長(zhǎng)可用下列兩種方法測(cè)量 ：（1）共振干涉法 由于壓電換能器發(fā)出的超聲波近似于平面聲波， 當(dāng)接收器端面垂直于波的傳播方向時(shí)， 從 聲源發(fā)出的平面波經(jīng)前方的平面反射后， 入射波與發(fā)射波疊加 形成駐波， 反射面處為媒質(zhì)振 動(dòng)位移的波節(jié)?！奥晧焊埂敝傅氖邱v波 波節(jié)的位置 。接收器端面聲壓和位置的變化關(guān)系對(duì)于固定位置的發(fā)射器 S1，沿聲波傳播方向移動(dòng)接收器 S2 時(shí)（見實(shí)驗(yàn)儀器部分“聲速 測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖” ），接收端面聲壓的變化和接收器位

3、置的關(guān)系可從實(shí)驗(yàn)中測(cè)出，如下圖 所示。當(dāng)接收器處于一系列特定位置上 時(shí)，媒質(zhì)中出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振現(xiàn)象， 此 時(shí)接收面上的聲壓達(dá)到極大值。可以證 明，接收面兩相鄰聲壓極大值之間的距 離 l，即為半波長(zhǎng) /2 。 若保持頻率 f 不變，測(cè)量相鄰兩次接收信 號(hào)達(dá)到極大值時(shí)接收面所移動(dòng)的距離l，可以得到： = 2l2）相位比較法沿傳播方向上的任意兩點(diǎn)， 如果其振動(dòng)狀態(tài)相同， 即兩點(diǎn)的位相差為 2的整數(shù)倍， 這時(shí)兩 點(diǎn)間的距離 S應(yīng)等于波長(zhǎng) 的 n （整數(shù)）倍，即 S = n 為了測(cè)出波長(zhǎng)，可通過李薩育圖形判斷相位差，將發(fā)射端（S1）電信號(hào)和接收端（ S2）的電信號(hào)輸入到示波器的 CH1和 CH2，選擇

4、 X-Y 工作方式即可。當(dāng)兩信號(hào)同相或反相時(shí)，李薩育圖形 由 橢圓 變化成 斜線 。 實(shí)驗(yàn)儀器 信號(hào)發(fā)生器、 雙蹤示波器、 綜合聲 速測(cè)定儀、干濕溫度計(jì)、氣壓表。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 一、共振法測(cè)聲速（1）將接收器 S2 稍移開一段距離，與發(fā)射器 S1相距 6 厘米。（2）按書中圖 1 連接好電路。（3）確定發(fā)射換能器的諧振頻率 ：接收器 S2 信號(hào)經(jīng)“CH”輸入，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率 （在 33kHz39kHz 之間調(diào)節(jié)），觀察示波器“”輸入的信號(hào)幅度，當(dāng)波形幅度達(dá)到 最大 時(shí)，此時(shí)發(fā)射器就處于諧振狀態(tài)，記錄下諧振頻率，此后不再改變信號(hào)源頻率。（4） 緩慢遠(yuǎn)移接收器 S2，每當(dāng)接收信號(hào)幅度最大時(shí)，

5、記錄接收器位置X i，連續(xù)記錄 16 個(gè)數(shù)據(jù)填入表 1 中。二、相位比較法測(cè)聲速（ 1）做完共振法測(cè)聲速之后，保持諧振頻率不變，示波器水平工作方式選擇“” 。（ 2）調(diào)整兩通道的靈敏度，使示波器上李薩育圖形的大小合適。每當(dāng)李薩育圖形從橢圓 變?yōu)?斜線 （包括正、負(fù)斜率） ， 記錄接收器位置 Xi，連續(xù)記錄 16 個(gè)數(shù)據(jù)填入報(bào)告冊(cè)的表2 中。預(yù)習(xí)思考題 怎樣確定壓電換能器的諧振頻率？將兩換能器分開一段距離，信號(hào)發(fā)生器接入換能器S1，示波器 CH2 接入換能器 S2，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率約為 33KHz 左右， 不斷調(diào)整信號(hào)輸出頻率， 觀察到示波器信號(hào)振幅 最大時(shí)的頻率即為壓電換能器的諧振頻率

6、。第二部分：實(shí)驗(yàn)過程記錄 （可加頁）（包括實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，實(shí)驗(yàn)過 程發(fā)現(xiàn)的問題等）表1 共振法測(cè)測(cè)量聲速數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)i頻率 (Hz)位置Xi (mm)次數(shù)i頻率 (Hz)位置Xi (mm)Li =Xi+8 -Xi (mm)13410060.0093410099.7639.7623410064.801034100104.5039.7033410069.821134100109.6039.7843410074.621234100114.3239.7053410079.401334100119.4040.0063410084.501434100124.3239.8273410089

7、.301534100129.3040.0083410094.821634100134.5439.72f ( Hz)34100L ( mm)39.81uA(f) (Hz)0uA (L) ( mm)0.044uB (f )儀 0.58Hzuc (f )u22A2 uB2儀uB (L) 20.023mm uc(L)uA2 u2 B3=0.58Hz3=0.050mm表 2 相位比較測(cè)量聲速數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)頻率位置次數(shù)頻率位置Li =Xi+8 -Xii(Hz)Xi (mm)i(Hz)Xi (mm)(mm)13410059.8893410099.7839.9023410064.881034100104.78

8、39.9033410069.801134100109.7639.9643410074.821234100114.7839.9653410079.821334100119.7439.9263410084.801434100124.7239.9273410089.821534100129.7439.9283410094.821634100134.7239.90f ( Hz)34100L ( mm)39.92uA(f) (Hz)0uA (L) ( mm)0.009儀 0.58HzuB(f )3儀 0.58Hz儀 0.023mm uB(L) 2 儀3 0.023mmuc(f )uA2 uB2=0.58

9、Hzuc (L)uA2 uB2=0.025mm教師簽字 第三部分 發(fā)現(xiàn)的問題等) 數(shù)據(jù)處理 一、共振法測(cè)量聲速波長(zhǎng) L9.9525 mm4聲速 v f相對(duì)不確定度 ur (v) uc(v)/v標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uc(v) vur (v)結(jié)果表達(dá)式： v v U 二、相位比較法測(cè)聲速波長(zhǎng) L 9.9806 mm4聲速 v f相對(duì)不確定度 ur (v) uc(v)/v標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u (v) vu (v)結(jié)果與討論 (可加頁)(包括實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，實(shí)驗(yàn)過程uc( ) uc(L)/40.0124 mm339.38 m/s(uc( )/ )2 (uc(f )/ f )20.1%0.42 m/s U 2u