声速测量参考资料

声速测量参考资料

名词解释

声速：声音在某种介质中单位时间内所通过的位移，在运动学中等于位移除以时间，在波动学中等于频率乘以波长，与介质和温度有关。

共振：任何一个物体都有一个固有频率，当外界振动频率与这个物体的固有频率一致时，这个物体就会产生共振，其表现为这个物体的振动急剧加强，用波形表示即振幅急剧加大或波峰值急剧升高。例如：一次部队过桥时产生的振动频率与桥的固有频率一致，使桥产生了共振，结果使桥振塌了。

压电换能器：是由一种晶体制成的。这种晶体有如下特性：给晶体表面充电晶体表面就会产生形变，这样一来如果给晶体表面一交流正弦信号则晶体表面就会充电放电从而使晶体表面产生形变恢复形变恢复即产生振动，将电信号转变成声信号；同时这种晶体由于另外一种特性，当外界振动使得晶体表面产生形变晶体表面就会自动附着电荷即晶体表面会自动产生电压，形变越大产生电压越大，将声信号转变成电信号。例如：医院彩超探头、交警测超速的探头等。

示波器的显示作用主要是示波管，示波管主要由电子枪、X偏转板和Y偏转板、荧光屏组成。YT模式是待测型号加在Y偏转板上而X偏转板上自动加锯齿波即相当于时间。XY模式即是将两路信号分别加在X偏转板和Y偏转板上，等效于某一质点同时完成两项运动且它们的振动方向相互垂直。

驻波:驻波是一种重要的波的干涉现象。两个振幅相同的相干波，在同一直线上，沿相反方向传播时，叠加后成为驻波。严格地说，驻波并不是振动的传播，而是在某一有限区域中，介质的各质点都在作稳定的振动。振动的振幅与时间无关，只与所在点的位置有关。振幅有最大值的各点，称为波腹；始终静止不动的各点，称为波节。可以看出两个相邻波节或波腹的距离是半个波长。例如：

声音是一种可以听得到，却摸不着的物质，但是却可以让声音跳起舞来，声驻波装置可以观赏到用水珠形态表现出来的活泼跳跃的声音。

在一根有机玻璃管状容器内，放入煤油，一端封闭，另一端安装可调频率的扬声器。只要按下声驻波装置的电源开关，然后慢慢调节频率信号旋钮，可以调节扬声器的发出的声音频率，而声音沿内壁在另一端反射回来，当满足干涉条件后，玻璃管内就形成了一系列垂直跳跃的水珠，沿水平轴稳定分布。

该装置展现出来的就是声驻波现象，驻波是由振幅、频率、振动方向均相同而传播方向相反的两列波迭加而成的。用扬声器作为波源，通过频率调节实现波长、频率的调整，和该声波在管内的另一端反射波，并使之迭加，在两波重叠处各点的振幅为两波引起的振幅所合成，其中迭加振幅最大的点称为波腹，此处液体质点振幅最大；振幅最小的点称为波节，此处振幅为零。若用某种液体来作为载体，就可以演示出波和驻波的形态了

李莎茹图形：一个质点同时在X轴和Y轴上作简谐运动，形成的图形就是李莎茹图形。今天同学们观察的李莎茹图形是最简单的李莎茹图形，是由两个频率相同的简谐运动合成，主要图形是椭圆，当相位差为的奇数倍时李莎茹图形为圆，当相位差为的偶数倍即为的整数倍时李莎茹图形为直线，但直线有在一三象限45角和二四象限135角两种，相邻两条直线之间L改变，相邻两条相同直线之间L改变。

失真：失真又称“畸变”，指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中，输出波形除放大外，应与输入波形完全相同，但实际上，不能做到输出与输入的波形完全一样，这种现象叫失真。例如用麦克风唱歌时听到的声音有时不象本人的声音，

输入一个正弦波放大后的正弦波的波峰会变平，好像削掉了一样。今天实验过程中经常会出现失真，出现失真就不能准确判断波形峰值，所以一旦出现失真一定要调回到非失真波形。产生失真的主要原因是输出信号太强，其次是放大器的放大比例不合理。

螺距差：相邻两牙对应点之间的轴向距离或螺纹之间有缝隙造成的误差。例如骑自行车前行时将踏板到转时会有明显感觉链条和齿轮间有明显空当。消除螺距差的方法是旋转过程中只能始终保持同一方向旋转，万一过了目标点，不能直接反方向旋转回到目标点，而是反方向旋转回到目标点的前面，再反方向旋转回到目标点即与起始同一方向旋转回到目标点。二．熟悉实验仪器

1. 信号源：

A产生任意频率的正弦波信号和将接受到的正弦波信号放大。

B信号源的面板上有一个屏幕和三个旋钮，屏幕上显示的是此时信号源产生的正弦波的频率，单位为千赫兹，要改变输出频率，只要调节最右边的频率旋钮即可；中间的旋钮是接收增溢即接收放大，控制放大器的放大倍数，此旋钮调到最小时，接收信号最弱，屏幕上几乎成一条直线，实验时一般不用此旋钮，一旦有失真波形出现，调节发射强度旋钮不行时，可配合使用该旋钮；最左边的旋钮是发射强度即信号源产生的正弦波的振幅大小由此旋钮控制，波形失真时主要调节此旋钮。

2. 声速测定仪：

A两个压电换能器产生超声和接收超声；

B标尺，读靠近身体一侧的单位，主标尺上的单位为毫米，副标尺为鼓轮，鼓轮分为100格，鼓轮旋转一周，主标尺移动一个毫米，精确度为百分之一毫米，读数为小数点后三位。

C注意事项：

1）声速测定仪上贴有共振频率参考值。

2）测量时快到目标点位置时，不能再用鼓轮上的摇把，而应该用整个手掌包裹鼓轮旋转，才能更准确到达目标位置点。

3）要消除螺距差。

3.示波器：

A打开电源后再按屏幕右上角黑色按钮自动设置按钮（此按钮同学们需要帮助时就可按它或者说同学们没有办法不知怎么办时就可按它）屏幕会出现两列波形,波形左边分别标有1和2，示波器有两个接收信号端分别叫CH1和CH2，则屏幕上的1波形就是CH1接收的，2波形就是CH2接收的。

B.CH1和CH2垂直方向有三个旋钮或按钮从下网上分别是伏特每格、菜单、位置，记住与CH1相对应的控制1波形，同样与CH2对应的控制2波形，同学们要熟悉这几个旋钮或按钮的作用。这里我只说明一下菜单按钮的作用，菜单按钮在这里具有隐藏功能，如屏幕上有两个波形可以隐藏一个，另一个就没有干扰，或者同学们在屏幕上只看到一个波形，则说明另一个波形被隐藏了，要把它找出来，则按相应的菜单按钮就会显示在屏幕上。

C.YT模式和XY模式的转换，先按display（8个相同按钮的第二排第三个按钮）按钮，屏幕上右边垂直方向就会出现5个菜单，中间的格式按钮显示为YT模式或XY模式，只有按一下此旋钮就会转换。

4．注意事项

A一定要熟悉伏特每格、菜单、位置三个按钮的功能，要灵活应用，否则不可能完成实验，如果能完成则说明一定有错误。

B凡是图形有异样则说明波形有失真，则必须将波形调好，从新完成实验。

三．信号的产生和接收的过程：信号源产生某一频率的正弦波通过发射端的两根输出线分别送到示波器CH1端和声速测定仪的左边压电换能器，CH1端接收的波形就是屏幕上显示的1

波形，左边压电换能器将1波形的电信号转换成声信号在空气中传播，遇到右边压电换能器将声信号转换成电信号，通过接收端送到信号源进行放大，放大完了再送入示波器的CH2端进行接收，也就是屏幕上显示的2波形。

四．实验要测的两个物理量频率f和波长：（测量前将输出频率调到参考频率附近）

A测频率是指声速测定仪的共振频率，驻波法和相位法测波长都要在声速测定仪产生共振的前提下完成。方法是调节信号源的频率旋钮即不断改变信号源所产生的频率，观察屏幕上的2波形峰值变化，当调节到增大或减小信号源的频率，波形2的都会减小，则此时信号源输出的频率即为共振频率。记录此频率并保持此频率不变。

B用驻波法和相位法测波长

1）驻波法测波长：示波器采用YT模式，记录节点位置，节点处振幅为零即声压最大，对应的振幅最大，通过旋转鼓轮观察2波形的峰值，当旋转鼓轮前进或倒退，2波形的最大峰值均减小，则此目标为节点位置（具体过程要考虑消除螺距差），记录此时的刻度，计为第一个节点，用同样的方法寻找下一个节点，直到第10个。

2）相位法测波长也叫李莎茹图形发测波长：示波器转换成XY模式，通过旋转鼓轮找到直线图形（记住要消除螺距差）记住此时直线的形状是45的还是135的，记录此时的刻度，依次记录10个相同形状的直线的位置。

C注意事项：

1）记录刻度要读对刻度，记住鼓轮要读数且要读到小数点后3位；

2）每一次记录都要消除螺距差；

3）旋转鼓轮时，最后要用整个手掌包裹鼓轮移动；

4）2波形经常会超过屏幕，要通过调节伏特每格旋钮和位置旋钮，使得峰值的变化清晰可见。

5）老师签字后整理实验仪器

五．实验数据记录（自制表格）

六．用逐差法处理实验数据，一定要数据计算过程。

七．结论、分析和感想。