聲速-試做報(bào)告

聲速測(cè)量石家莊鐵道學(xué)院第2頁(yè)共4頁(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告石家莊鐵道學(xué)院第1頁(yè)共4頁(yè)實(shí)驗(yàn)名稱：聲速測(cè)量姓名 張變芳 學(xué)號(hào)班級(jí) 評(píng)分第 組桌號(hào)評(píng)分實(shí)驗(yàn)時(shí)間20年 月日實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解聲波在空氣中的傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關(guān)系2.學(xué)習(xí)兩種測(cè)量空氣中聲速的方法實(shí)驗(yàn)儀器與器件聲速測(cè)定儀；低頻信號(hào)發(fā)生器；示波器；電纜線三條實(shí)驗(yàn)原理及計(jì)算公式：1.聲波在空氣中的傳播速度在理想氣體中的傳播速度：式中是氣體的比熱比和摩爾質(zhì)量，T為絕對(duì)溫度，R為普適氣體常數(shù)。由上式可知，聲速僅與氣體的溫度和性質(zhì)有關(guān)，與聲源的頻率無關(guān)。在傳播媒質(zhì)的溫度為t0C2.測(cè)量聲速的實(shí)驗(yàn)方法聲速v、聲波頻率f和波長(zhǎng)的關(guān)系為：聲波頻率f可直接由信號(hào)發(fā)生器的頻率讀出，本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是測(cè)量聲波的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)可以用下面兩種方法測(cè)量：（1）共振干涉法：聲波在S1（聲波源）、S2（接收器）之間，形成相互干涉疊加，疊加的波可近似地看作具有弦駐波加行波的特征。根據(jù)駐波波節(jié)與波長(zhǎng)的關(guān)系：L波節(jié)=可測(cè)量波長(zhǎng)。（2）相位比較法：根據(jù)行波以下特點(diǎn)：沿波傳播方向上的任何兩點(diǎn)，其相位和波源的相位之間的相位差相等時(shí)，這兩點(diǎn)間的距離就是波長(zhǎng)的整數(shù)倍。據(jù)此可以測(cè)量波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1共振干涉法測(cè)聲速（1）按圖7-5-4接好實(shí)驗(yàn)裝置。即：聲波源S1與低頻信號(hào)發(fā)生器相接，接收器S2與示波器相接。調(diào)節(jié)S1和S2的端面相互平行，并與移動(dòng)方向相互垂直；調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率參數(shù)（大約30-60KHz），使S1與S2形成共振。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，在示波器屏上將看到合成振動(dòng)圖形。且聲壓最大處對(duì)應(yīng)圖形的波節(jié)位置。（2）先進(jìn)行粗測(cè)，在示波器屏上觀察在測(cè)量范圍內(nèi)是否保證有10個(gè)清晰的測(cè)試點(diǎn)。然后測(cè)量L值。2相位比較法測(cè)聲速（1）按圖7-5-6接好實(shí)驗(yàn)裝置。即：聲波源S1與低頻信號(hào)發(fā)生器_相接并與示波器Y輸入端相接，接收器S2與示波器的X輸入端相接。調(diào)節(jié)S1和S2的端面相互平行，并與移動(dòng)方向相互垂直；調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率參數(shù)（大約30-60KHz），使示波器屏上看到李薩如圖形。當(dāng)示波器屏上出現(xiàn)_斜直線時(shí)，即為測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)記位置。（2）先進(jìn)行粗測(cè)，在示波器屏上觀察在測(cè)量范圍內(nèi)是否保證有10個(gè)清晰的測(cè)試點(diǎn)。然后測(cè)量L值。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1．共振干涉法測(cè)聲速（聲源頻率；室溫）振幅最大位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9LI測(cè)量值44．1667．0249．5871．6053．9876．0058．4480．4462．6084．90(mm)22．8622．1222．0222．0022．30(mm)22．260.21(mm)8．900.084(m/s)345.7=0.030%0.1(m/s)342.33.42相位比較法空氣中聲速（聲源頻率；室溫）位相差的位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li測(cè)量值47.2270,1252.2274.4256.8279.8061.3484.1065.7688.42(mm)22.9022.2022.9822.7622.66(mm)22.700.18(mm)9.080.072(m/s)352.6=0.010%0.1(m/s)342.310.32相位比較法水中聲速（聲源頻率；室溫）位相差的位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li測(cè)量值44.66150,8666.58172.3288.44193.62109.88214.00130.10234.10(mm)106.20105.74105.18104.62104.00(mm)105.150.51(mm)42.060.20(m/s)1633.06=0.013%0.2定性分析測(cè)量結(jié)果的誤差原因1、讀數(shù)誤差2、系統(tǒng)誤差3、室溫影響預(yù)習(xí)作業(yè)題聲速與那些因素有關(guān)？測(cè)量時(shí)為什么選擇超聲波作為聲源？答：由公式可知，聲速僅與氣體的溫度和性質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)，，又由于超聲波具有波長(zhǎng)短，易于發(fā)射，易定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，所以在超聲波進(jìn)行聲速測(cè)量較為方便。為什么換能器要在諧振頻率條件下進(jìn)行聲速測(cè)量？怎樣判斷并調(diào)整系統(tǒng)的諧振狀態(tài)？答：換能器在諧振頻率條件下，測(cè)量系統(tǒng)始終處于共振條件下，此時(shí)信噪比足夠大，便于實(shí)驗(yàn)。將S1和S2靠近，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率在30—60Hz變動(dòng)，當(dāng)示波器光屏中波形出現(xiàn)振幅最大，此時(shí)頻率便接近S1的諧振頻率。然后再仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使示波器上的信號(hào)達(dá)到最大值，此為諧振頻率。七、課后作業(yè)題1．用共振干涉法和相位比較法測(cè)聲速有何相同和不同？答：相同點(diǎn)：利用公式求聲速，均以改變S2對(duì)S1位置測(cè)入。不同點(diǎn)：前者利用反射點(diǎn)為駐波波節(jié)時(shí)接受能量最大的特點(diǎn)，所以要求S2與S1要平行，并與傳播方向垂直。后者利用發(fā)射相位與接受相位之間關(guān)系來判斷，不要求S2與S1平行。定