(完整版)用相位法測聲速

用相位法測聲速【實驗目的】1、學習用相位法測量空氣中的聲速。2、了解空氣中的聲速與溫度的關系。3、提高聲學、電磁學等不同類型儀器的綜合使用能力。4、了解換能器的原理及工作方式?！緦嶒瀮x器】綜合聲速測定儀、綜合聲速測定儀信號源、雙綜示波器?！緦嶒炘怼?、聲波的波速測量聲速一般的方法是在給定聲音信號的頻率f情況下，測量聲信號的波長九，由公式u=Xf,計算出聲速u。圖2實驗連線示意圖3、相位法測量聲速的原理圖2為實驗連線示意圖，它由綜合聲速測試儀、信號源、和示波器組成。聲速測試儀裝置的支架上部裝有游標尺，游標尺的刀口下部裝有兩只壓電換能器。作為發(fā)射超聲波用的換能器S固定在刀口的左端。另一只接收超聲波用的換能器S裝在刀口的右端，可沿著游12標尺移動。兩只換能器的相對位移可從游標尺上讀得。使換能器S發(fā)射超聲波的正弦電壓1信號由信號源供給。正弦電壓信號的頻率直接在信號源的數(shù)碼管上顯示出來。換能器S把2接收到的超聲波壓轉換成電壓信號，用示波器觀察。由信號源產(chǎn)生的一正弦波信號,一方面由“示波器”端鈕將信號送入示波器的“CH(X1軸）”，另一方面由“換能器”端鈕將信號送入綜合測定儀的“Si”，再傳送到“?！比缓笏腿胧静ㄆ鞯摹癈H2（Y軸）”。在示波器上將顯示出兩個頻率相等、振動方向相互垂直、位相差恒定的利薩如圖形。由于兩信號到達時間不同（或存在有波程差）而產(chǎn)生相位差。cL?=2兀一九相位差不同，利薩如圖形也不同。即X=Asin@t+Q)TOC\o"1-5"\h\z11Y=Asin(①t+Q)22合成后的方程為X2Y22XY+—cos?—p)二sin2(p—p)A2A2AA21211212這是一個穩(wěn)定的橢圓利薩如圖形。X2Y22XYc+—二0A2A2AA1212X_Y

A-A12這是一直線方程。即兩者相位相同或相位差為2兀的整數(shù)倍時，合成為一條直線。7九當申—申=k兀土一時212X2Y2“+二1A2A212合成后的利薩如圖形為正橢圓。可見利薩如圖形隨相位差的變化而改變。當連續(xù)移S，增大2S與S之間的距離L時，利薩如圖將從直線到橢圓再到直線變化，如圖3所示。當L改變12一個波長時，即兩信號的相位差改變2兀時，圖形就會重復出現(xiàn)同樣斜率的直線。如圖3所示。這樣就可以測量出波長的長度。$=00二兀帖兀㈡二3兀皿①二兀④二$=3^/2④二血皿e二’兀

圖3不同相位差對應的利薩如圖【實驗步驟】1、按圖2所示接線，將換能器間距離調(diào)整到約50mm。信號源輸出頻率為f，大約為036000H。Z2、打開示波器電源，預熱5分鐘，待出現(xiàn)一條綠色的水平線。將開關置于“CH1”，顯示X方向的正弦波形，然后將開關置于”CH2”，顯示Y方向的波形。應使兩者的幅度大致相等。幅度不應過大。3、將示波器的旋鈕旋到XOY位置，示波器出現(xiàn)“橢圓”圖形。將圖形調(diào)至中間。旋轉聲速測定儀上的手輪，看圖形的變化規(guī)律，看是否是從左到右再從右到左變化。4、將利薩如圖形調(diào)成一條直線，并記住直線的位置。打開自動記錄儀的電源開關，并清零。5、轉動聲速測定儀上的手輪，逐步增大換能器間距，觀察相應的李薩如圖形，直到圖形再回到開始的直線位置時，記錄下記錄儀上的讀數(shù)，并記錄信號源上的頻率。6、重復步驟5。記錄8組數(shù)據(jù)，填在相應的表內(nèi)。五、數(shù)據(jù)記錄序號f(◎L(mm)nl=L-L(mm)nn+4n九廣4in(mm)12345678F（F（九一九）2六、數(shù)據(jù)處理計算平均波長波長絕對不確定度