超聲波在液體中溫度變化對相速的影響

實(shí)驗(yàn)三超聲波在液體中溫度變化對相速的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?使學(xué)生在超聲波量測上的基本知識(shí)與量測技巧更加熟悉，也能了解到溫度的變化導(dǎo)致超聲波在傳遞上的速度差異。在不同的液體中，由於黏滯性的不同，會(huì)造成超聲波在傳遞上的速度差異，試探討在溫度與黏滯性的雙重變化之下，對超聲波的傳遞速度所造成之影響。試與實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果進(jìn)行比較。二、儀器設(shè)備:儀器名稱數(shù)量規(guī)格超聲波產(chǎn)生器1800kHZ超聲波接收器1防水換能器1恆溫加熱器1200~850恆溫槽3示波器1100MHZ位移量測器1精密度0.01cm溫度計(jì)100C三、實(shí)驗(yàn)原理:Ch2Ch2Ch1示波器超聲波產(chǎn)生器超聲波檢測器超聲波換能器水槽溫度高時(shí)液體分子的速度也相對增加，而聲音是機(jī)械波，是靠『分子』之間的作用（如碰撞）而傳播的。因此溫度高時(shí)聲速快。將超聲波產(chǎn)生器、接收器的訊號分別輸入至示波器的X輸入端(CH1)和Y輸入端(CH2)，並將示波器調(diào)至X-Y操作模式，以觀察其利薩如圖形。由於超聲波產(chǎn)生器、接收器的頻率是相同的，所以其圖形為橢圓形。把超聲波產(chǎn)生器、超聲波接收器放置在水槽的同一水平上，其距離為X。慢慢移動(dòng)超聲波接收器，以改變其與超聲波產(chǎn)生器的距離X，此時(shí)，兩邊訊號的相位差亦會(huì)同時(shí)改變，在示波器上，可觀察到橢圓形的利薩如圖形會(huì)變形、旋轉(zhuǎn)。若超聲波接收器移動(dòng)了ΔL的距離，可使利薩如圖形變回原來的形狀，則此距離即為超聲波的波長λ。另外，亦可由示波器上觀察波形的變化，計(jì)算超聲波接收器移動(dòng)的距離ΔX及其所移動(dòng)的波數(shù)n。利用示波器，我們可以計(jì)算出此超聲波的頻率f(亦可經(jīng)由超聲波產(chǎn)生器的頻率規(guī)格加以比較)。則超聲波的相速λ=ΔL－→VP＝λ×f(或)四、實(shí)驗(yàn)步驟:儀器設(shè)備裝置如上圖將超聲波產(chǎn)生器貼緊玻璃槽，將超聲波產(chǎn)生器和玻璃槽的接觸面塗上甘油或水，避免因接觸不完全而破壞了超聲波的波型。為了避免駐波產(chǎn)生，可於玻璃槽的另一端貼上皺紙或海綿。將超聲波產(chǎn)生器的螢?zāi)挥嵦柦宇^接於示波器的第二接頭，將超聲波接收器接於示波器的第一接頭。將超聲波接收器置於水槽內(nèi)，與超聲波產(chǎn)生器的平面平行，而且隔著玻璃槽壁與超聲波產(chǎn)生器相貼。將超聲波接收器和螢?zāi)挥嵦柈a(chǎn)生器在示波器上調(diào)為同相。將超聲波接收器向玻璃槽另一端平移，將發(fā)現(xiàn)振幅會(huì)有週期性的變化，將經(jīng)過n個(gè)週期超聲波接收器的位移紀(jì)錄下來ΔL。利用恆溫加熱器將液體加溫，並測量在不同溫度下液體中的超聲波聲速。將液體改為甘油或飽和食鹽水，重複步驟一到八測量超聲波的相速和群速。五、數(shù)據(jù):(1)水溫度(OC)波長(cm)相速(m/s)(2)甘油溫度(OC)波長(mm)相速(m/s)(3)飽和食鹽水溫度(OC)波長(mm)相速(m/s)六、儀器裝置圖：示波器超聲波產(chǎn)生器防水換能器恆溫加熱器及恆溫槽超聲波接收器位移量測器七、參考資料GarlW.Garland(WarrenP.MasonandR.N.ThurstonEd.).PhysicalAcousticsΠ.AcademicPress.NewYorkandLandon.pp.51－148(1964).HeinrichKuttruff.UltrasonicsFundamentalsandApplications.ElsevierAppliedScience,London/ElsevierSciencePub.Co.,NewYork(1991).A.B.Bhatia.UltrasonicAbsorption:anIntroductiontoTheTheoryofSoundAbsorptionandDispersioninGases,Liquids,andSolids.DoverPublications.NewYork(1985)..V.A.Shutilov,translatedfromtheRussianbyMichaelE.Alferi