实验声速的测量

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大学物理实验-声速的测量

大学物理实验-声速的测量

实验仪器
示波器
Zky-ss声速测定实验仪
配套的声速测定装置
实验步骤
步骤一:共振干涉法测声速
❖ 按图接线(检查接线),调节仪器,使示波 器显示接收信号电压的波形;
❖ 测定压电陶瓷换能器系统谐振频率f; ❖ 测定波长.
仪器连接及调节
CH1
CH2
首先显示欢迎界面,自动进入按键说明界面,按确认键进 入模式选择界面,选择正弦波模式按确认进入实验测量界面。
测量声波波长
❖ 将频率固定在平均值处。 ❖ 改变换能器之间距离,同时观察示波器上声
压振幅变化,记下出现正弦振幅最大的位置 (测量时要注意回程差的存在)。 ❖ 用逐差法计算出声波波长
读数装置由主尺和鼓轮读数组成。
❖ 如图所示主尺读数取 53mm
❖ 鼓轮读数取0.785mm ❖ 读数为53.785mm ❖ 现数据简化估读位省略
波器CH1(4)或CH2(6),屏幕上下方应显示出2(2),并且调节电压衰减 (5)使电压标称值为100mv. 3.调节触发源(9)使触发信号(7)为发射信号CH1。 4.调节信号源的频率(35KHz--38KHz),使接收波的电压振幅最大。 波形幅度如果超过可调节电压衰减(5),调节时基旋钮(12)和触发 电平(10)使波形稳定。 5.微调换能器之间位置,确定波形振幅最大并且不出现失真。 若出现失真,应调节信号源的接收或发射增益大小。 6.再微调频率使波形振幅最大,确定该频率就是谐振频率。
声速测量
声速测量
本实验用压电陶瓷实现声-电转化来测定声速。
实验原理
❖ 在波动过程中,声波的传播速度v与声波频率f和波 长λ之间的关系为v=fλ。所以只要测出声波的频率和 波长,就可以求出声速。其中声波频率可由产生声 波的信号发生器的频率读出,波长则可用共振干涉 法和相位比较法进行测量。

声速的测量实验方法与结果分析

声速的测量实验方法与结果分析

声速的测量实验方法与结果分析声速是指声波在单位时间内传播的距离,它是声波传播速度的重要指标。

准确地测量声速对于物理实验和工程应用来说具有重要意义。

本文将介绍声速的测量实验方法,并对实验结果进行分析。

一、实验方法声速的测量实验可以采用多种方法,本文主要介绍了两种常用的方法:直接测量法和间接测量法。

1. 直接测量法直接测量法是通过测量声波从一个点传播到另一个点所需的时间,并计算出声速。

其中,常用的实验装置有声速仪、示波器、计时器等。

实验步骤如下:(1)在实验室中选择合适的测距点,并将两点之间的距离测量出来。

(2)在起点处发出一个短脉冲声波,并记录下发出声波的时间。

(3)在终点处接收到声波后,记录下接收到声波的时间。

(4)根据记录的时间数据和测距点之间的距离,计算出声速。

2. 间接测量法间接测量法是通过测量其他与声速有关的参数,推导得出声速的方法。

常用的方法有共振法和频率法。

(1)共振法利用管道或空气柱中的共振现象来测量声速。

实验步骤如下:a. 在管道中通过一个声源发出一定频率的声波。

b. 调整频率,使得管道内产生共振现象。

c. 根据共振频率和管道长度计算声速。

(2)频率法利用声波在不同介质中传播的频率关系来推导声速。

实验步骤如下:a. 在一个介质中发出一定频率的声波,记录下波长和频率。

b. 更换介质,再次记录波长和频率。

c. 利用频率和波长的关系,计算出声速。

二、结果分析进行声速测量实验后,我们需要对实验结果进行分析和讨论。

一般情况下,实验结果会与理论值存在一定的误差。

误差分析:声速的测量误差主要来自于实验仪器的精度、实验环境的影响以及实验操作中的人为误差等。

在实验中,我们可以通过多次测量并取平均值的方法来减小误差。

结果验证:进行声速测量实验后,我们可以将实验结果与已知的标准值进行比较,以验证实验的准确性。

如果实验结果与标准值相差较大,我们需要重新检查实验操作或者修改实验方案。

应用与意义:声速作为声波传播速度的重要指标,广泛应用于声学、物理学以及工程领域。

声速的测量实验总结

声速的测量实验总结

声速的测量实验总结
一、实验简介
声速的测量实验是一种物理实验,主要目的是通过测量声波在介质中的传播速度,了解声波的基本特性。

实验中,我们通常使用声波发生器和接收器,通过测量声波从发生器传播到接收器的时间,计算出声波在介质中的传播速度。

二、实验目的
1. 掌握声速的测量方法;
2. 了解声波在介质中的传播速度与介质性质的关系;
3. 培养实验操作能力和数据处理能力。

三、实验原理
声速的测量基于波的传播特性。

在均匀介质中,声波的传播速度与介质本身的性质有关,可以通过已知的声速公式计算:
c = √(K/ρ)
其中,c 是声速,K 是介质的弹性模量,ρ是介质的密度。

四、实验步骤与操作
1. 准备实验器材:声波发生器、接收器、计时器、已知长度的测量管、已知密度的介质(如水、空气等);
2. 将声波发生器和接收器分别置于测量管的起点和终点,确保测量管内无空气;
3. 启动声波发生器,记录声波从起点传播到终点的时间;
4. 根据声速公式,计算出声波在介质中的传播速度;
5. 重复实验,记录多组数据,求平均值以提高测量精度。

五、实验结果分析
1. 根据实验数据,绘制出声速与介质密度的关系图;
2. 分析实验结果,比较理论值与实验值的差异;
3. 总结实验误差来源,提出改进措施。

六、实验结论
通过本实验,我们掌握了声速的测量方法,了解了声波在介质中的传播速度与介质性质的关系。

实验结果表明,声速与介质的密度和弹性模量有关,可以通过这些参数来计算出声速的理论值。

通过比较理论值与实验值,我们可以评估实验的精度和误差来源,为后续的实验提供改进方向。

高中物理实验测量声速的方法与实践

高中物理实验测量声速的方法与实践

高中物理实验测量声速的方法与实践声速是指声波在单位时间内传播的距离,它在物理学中具有重要的意义。

测量声速可以帮助我们更好地理解声波的传播规律,同时也可以用于工程和科学研究中的许多领域。

本文将介绍几种常见的方法来测量声速,并讨论它们的优缺点。

一、弦线法弦线法是一种常见的测量声速的方法。

它的原理是利用绷紧的弦线传播声波,并测量声波在弦线上的传播速度。

实验中,我们可以用一根精细的钢丝绷在两个支架上,并用激发源产生声波信号。

然后利用振动传感器测量声波在钢丝上传播的时间,并根据弦线的长度计算出声速。

弦线法的优点在于它的实施相对简单,只需要一些基础的实验仪器即可。

然而,由于实验中的误差较大,常常需要多次重复测量以获得准确的结果。

二、共鸣法共鸣法是另一种常用的测量声速的方法。

它的原理是利用共鸣现象来确定声波传播的速度。

实验中,我们可以使用一个玻璃管或者金属管,并在管的一端放置一个扬声器产生声波信号。

通过改变管的长度,当声波的频率与管的固有频率相等时,共鸣现象出现。

通过测量管的长度和声波频率,可以计算出声速。

共鸣法的优点在于它可以提供较准确的结果,并且在实验过程中的误差较小。

但是,实验中需要一定的操作技巧和经验,以确保实验结果的可靠性。

三、追踪法追踪法是一种更为精确的测量声速的方法。

它的原理是利用两个或多个传感器同时测量声波的传播时间,并根据测量结果计算声速。

在实验中,我们可以使用两个麦克风放置在声源与接收器之间,并根据声波的传播时间来计算声速。

追踪法的优点在于它可以提供非常精确的结果,并且在实验中的误差较小。

然而,实施追踪法需要更多的实验仪器和技术要求,操作起来相对复杂。

综上所述,测量声速的方法有很多种,每种方法都有其独特的优缺点。

在选择方法时,我们需要考虑实验条件、设备可用性以及实验目的等因素。

通过合理选择合适的方法,并根据实际情况进行实验,我们可以准确地测量声速,并且加深对声波传播规律的理解。

这对于物理学的学习和应用都具有重要的意义。

声速测量实验报告

 声速测量实验报告

声速测量实验报告只有通过实验才能知道结果,那么,下面是给大家整理收集的声速测量实验报告,供大家阅读参考。

声速测量实验报告1实验目的:测量声音在空气中的传播速度。

实验器材:温度计、卷尺、秒表。

实验地点:平遥县状元桥东。

实验人员:爱物学理小组实验分工:张x——测量时间张x——发声贾x——测温实验过程:1 测量一段开阔地长;2 测量人在两端准备;3 计时员挥手致意,发声人准备发声;4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止)5 多测几次,记录数据。

实验结果:时间17∶30温度21℃发声时间0.26rime;发声距离93m实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s.实验反思:有一定误差,卡表不够准确。

声速测量实验报告2一实验目的:(1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解,(2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度,(3)了解压电换能器的工作原理,进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。

二实验仪器:双踪示波器一台,信号发生器一台,测试仪一台,同轴电缆若干。

三实验原理声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。

对超声波(频率超过2×10Hz的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。

实验室常用驻波法和相位法进行测量。

(一)驻波法测量声速基本原理如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形,其波腹间距与波节间距均为半个波长。

通过对波腹(节)间距X的测量便可实现对波长ambda;的间接测量,结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。

v = ambda; × f ambda;=2X v = 2X × f原理图示1(驻波法原理图) (二)相位法测量声速基本原理(1) 简谐振动正交合成的基本原理,(2) 利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。

声速的测定

声速的测定

声速的测定一、实验描述声波是一种在弹性介质内传播的纵波。

声速是描述声波传播快慢的物理量,对声速的测量,尤其是对超声声速的测量时声学技术中的重要内容,在医学、测距等方面都有重要的意义。

二、实验目的(1)学会用位相法测声速。

(2)利用李萨茹图形测位相差。

(3)学会用共振法测量声速。

三、实验原理图11、位相法测声速实验装置如图1所示,S1,S2为两个压电晶体换能器,一个用来发射声波,一个用来接受声波。

假设以S1发出的超声波经过一段时间传到S2,S1和S2之间的距离为L ,那么,S1和S2处的声位相差为φ=2πL/λ,如果L=n λ(n 为正整数),则φ=2n π,若能测出位相差φ,便可得到波长,再用频率计测出波源的频率,则声速c 便可求得。

用李萨茹图形测位相差将送给S1的输入信号接至X 轴,S2接收到的信号接至Y 轴。

设输入X 轴的入射波的振动方程为:+=wt A x cos(1φ)1则Y 轴接收到的的S2波形的振动方程为:+=wt A y cos(2φ)2合成的振动方程为:cos(221222212A A xy A y A x -+φ-2φ(sin )21= φ-2φ)1 此方程的轨迹为椭圆椭圆长短轴由相位差(φ-2φ)1决定。

位相差为φ=0时,轨迹为在一、三象限的直线,如图a ,若φ=π/2,则轨迹为椭圆,如图b ;若φ=π,轨迹为在二、四象限的直线段,如图c 。

因为φ=2πf cL L ∏=2λ(f 为超声波的频率) (公式1) 若S2离开S1的距离为L=S2-S1=λ/2,则φ=π/2,随着S2的移动,随之在0-π内变化,李萨茹图形也重复变化。

所以由图形的变化可求出φ,与这种图形重复变化的相应的S2的移动距离为λ/2,L 的长度可在一起上读出。

便可根据公式c=f λ求出声速。

2、共振法测声速由发射器发出的声波近似于平面波。

经接收器反射后,波将在两端面间来回反射并且叠加,叠加的波可近似看作有驻波加行波的特征。

高中物理实验测量声速的方法

高中物理实验测量声速的方法

高中物理实验测量声速的方法在高中物理实验中,测量声速是一个常见的实验项目。

声音是一种机械波,通过对声音传播速度的测量,可以帮助我们更深入地了解声音的性质和传播规律。

本文将介绍两种测量声速的常用实验方法。

一、共鸣法测量声速共鸣法是一种简单而有效的测量声速的方法。

它基于声音波在封闭管道中的共鸣现象。

实验材料和装置:1. 封闭的共鸣管道:可以使用一根较长的玻璃或塑料管道,通过一侧封闭,另一侧留有开口。

2. 声源:可以使用音叉或其他能产生稳定频率的声源。

3. 频率计:用于测量声音频率的仪器。

4. 实验标尺:用于测量共鸣管道的长度。

实验步骤:1. 将共鸣管道竖直放置,并根据需要调整其长度。

2. 在共鸣管道的一侧放置声源,并确保声源的频率稳定。

3. 逐渐调整共鸣管道的长度,直到能够听到共鸣声音最响的位置。

此时,共鸣管道的长度即为声波在管道中的半波长。

4. 使用实验标尺测量共鸣管道的长度,并记录下来。

5. 使用频率计测量声源的频率,并记录下来。

实验原理:根据声学理论,声波在封闭管道中的共鸣频率满足以下关系:v = nf/2L其中,v为声速,n为共鸣的波长倍数,f为声源的频率,L为共鸣管道的长度。

通过测量共鸣管道的长度和声源的频率,带入上述公式就可以计算出声速v。

二、回声法测量声速回声法是另一种常用的测量声速的方法。

它基于声音波在空气中传播并与障碍物反射产生回声的现象。

实验材料和装置:1. 声源:可以使用手拍、敲击两个物体相撞或其他能产生声音的方式。

2. 实验地点:选择空旷的地方,避免太多的回声和干扰。

3. 计时器:用于计时声音传播的时间间隔。

4. 测距工具:可以使用测量卷尺或测距仪等。

实验步骤:1. 在实验地点选择一个墙面作为回声的反射体。

2. 确定声源的位置,并敲击产生声音。

3. 听到回声后,开始计时,并用测距工具测量声源与反射体之间的距离。

4. 当再次听到声音时,停止计时,并记录下声音传播的时间间隔。

实验原理:根据声学理论,声音的传播速度v和声音传播的距离d之间满足以下关系:v = 2d/t其中,v为声速,d为声音传播的距离,t为声音传播的时间间隔。

实验 声速的测量

实验     声速的测量

实验 声速的测量一、实验目的 1、 了解超声波产生和接收的原理,加深对相位概念的理解。

2、 掌握声速测量的基本原理及方法。

二、实验仪器信号发生器,示波器、声速测量仪等。

三、实验难点 实验原理 、仪器调节。

四、实验原理机械波的产生有两个条件:首先要有作机械振动的物体(波源),其次要有能够传播这种机械振动的介质,只有通过介质质点间的相互作用,才能够使机械振动由近及远地在介质中向外传播。

发生器是波源,空气是传播声波的介质。

故声波是一种在弹性介质中传播的机械纵波。

声速是声波在介质中的传播速度。

如果声波在时间t 内传播的距离为s ,则声速为v st=,由于声波在时间T (周期)内传播的距离为λ(波长),则v T f ==λλ ,可见,只要测出频率和波长,便可以求出声速v 。

本实验使用交流电信号控制发生器,故声波频率即电信号的频率,它可用频率计测量或信号发生器直接显示。

而波长的测量常用相位比较法和振幅极值法(共振干涉法)。

1、 振幅极值法(共振干涉法)声源产生的一定频率的平面声波,经过空气介质的传播,到达接收器。

声波在发射面和接受面之间被多次反射,故声场是往返声波多次叠加的结果,入射波和反射波相干涉而形成驻波。

在发射面和接受面之间某点的合振动方程为)cos()2cos(221t x A y y y ωλπ=+= (2) 最大振幅(2A )处被称为驻波的“波腹点”,最小振幅(0)处被称为“波节点”。

波腹点位置:A x A 2)(=,即πλπk x =2,,.....)2,1,0(2==k kx λ波节点位置:0)(=x A ,即2)12(2πλπ+=k x ,,.....)2,1,0(4)12(=+=k k x λ可知,相邻两个波腹点(或波节点)的距离为2λ,当发射面和接受面之间的距离正好是半波长的整数倍时,即形成稳定的驻波,系统处于共振状态。

.....)3,2,1,0(2==k kL λ(3)共振时,驻波的幅度达到极大,同时,接受器表面的振动位移应为零,即为波节点,但由于声波是纵波,所以声压达到极大值。

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实验3-5 声速的测量声波是一种在弹性媒质中传播的机械波,由于其振动方向与传播方向一致,故声波是纵波。

振动频率在20~20Hz KHz 的声波可以被人们听到,称为可闻声波;频率超过20KHz 的声波称为超声波。

对于声波特性的测量(如频率、波速、波长、声压衰减和相位等)是声学应用技术中的一个重要内容,特别是声波波速(简称声速)的测量,在无损检测、测距和定位、测气体温度的瞬间变化、测液体的流速、测材料的弹性模量等应用中具有重要的意义。

如测量氯气等气体或蔗糖溶液的浓度、橡胶乳液的密度以及测定输油管中不同油品的分界面等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。

声速的测量方法可分为两类;第一类方法是根据关系式/L t =v ,测出传播距离L 和所需时间t 后,即可算出声速v ;第二类方法是利用关系式λf ⋅v =,从测量其频率f 和波长λ来算出声速v .本实验所采用的共振干涉法和相位比较法属于后者,时差法则属于前者。

声速与声波的频率无关,只决定于弹性介质的性质。

由于超声波具有波长短、易于定向发射及抗干扰等优点,所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。

对声速这一非电量的测量本实验是利用压电陶瓷换能器来进行。

【实验目的】①学会用共振干涉法和相位法测量空气中的声速;②学会使用示波器和信号发生器;③加强对驻波及振动合成等理论的理解。

【预习思考题】①实验中是如何获得超声波的?②驻波法和相位法测声速的方法有何异同?【实验原理】声波的传播速度与其频率和波长的关系为λf ⋅v = (3-5-1)测得声波的频率和波长,就可得到声速。

同样,传播速度亦可用/L t =v 表示,若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ,也可求得声速。

1.超声波与压电陶瓷换能器超声波具有波长短,易于定向发射、易被反射等优点。

在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短,可以在短距离较精确地测出声速。

本实验超声波的发射和接收采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头),它利用压电效应和磁致伸缩效应可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声速测量的实验中采用超声波频率一般都在20~60KHz KHz 之间。

在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。

压电陶瓷换能器结构如图3-5-1所示。

头部用轻金属做成喇叭形,尾部用重金属做成柱形,中部为压电陶瓷圆环,螺钉穿过圆环的中心。

这种结构增大了辐射面积。

振子纵向长度的伸缩直接影响头部轻金属,发射的波有较好的方向性和平面性。

图3-5-1 纵向换能器的结构简图2.共振干涉法(驻波法)测量声速实验装置如图3-5-2 所示,图中1S 和2S 为压电晶体换能器,1S 作为超声波源,低频信号发生器输出的交流电信号接入换能器后,产生逆压电效应而发出一近似平面超声波。

2S 为超声波接收器,2S 在接收声波的同时还能反射一部分超声波,反射波与入射波为相干波,形成驻波。

图3-5-2 声速测量实验装置图当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时,来回声波的波峰与波峰、波谷与波谷正好重叠,产生驻波现象,波幅达到极大。

从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值。

设沿x 方向入射波方程为 12cos()A t x πξωλ=+ 反射波方程为 222cos()A t x πξωλ=- 入射波与反射波相干叠加,合成驻波ξ 122=+2cos )cos A x t πξξξωλ=( (3-5-2) 当2cos =1x πλ±时,振幅最大,称为波腹。

对应在=2x n λ,=1,2,n ⋅⋅⋅位置上; 当2cos =0x πλ时,振幅最小,称为波节。

对应在21)4x n λ=±-(,=1,2,n ⋅⋅⋅位置上; 由上述讨论可以知道:任何两相邻的波腹或波节间的距离均为2λ.当信号发生器的策动频率等于驻波系统的固有频率时,系统的振幅最大,即发生驻波共振,声波波腹处的振幅达到最大值。

当驻波系统偏离共振状态时,驻波的波形不稳定,且声波波腹的振幅比最大值要小很多。

缓慢的改变1S 和2S 之间的距离,在示波器屏上所显示的波形幅值发生周期性的变化,即由一个极大值变到极小,再变到极大。

在一系列特定的位置上,形成驻波,示波器上可观察到信号幅度较大。

在幅度较大时,在调节信号发生器的频率,找到信号幅度最大的驻波共振状态。

移动2S 的过程中可以观察到一系列的共振态。

任意两个相邻极大值之间2S 移动的距离皆为半波长。

若从第n 个共振状态变化到第1n +个共振状态时,2S 移动的距离为L ∆,则在连续多次测量相隔半波长的2S 的位置变化,可得超声波波长,从频率仪上读出超声波频率f 以后,即可算出声速。

3. 相位比较法(行波法)测量原理实验装置如图3-5-2 所示,从1S 发出的超声波通过媒质传到接收器2S ,接收器和发射器之间产生了相位差:2πϕλ∆= (3-5-2)由上式可知,L 每改变一个波长λ,相位差就变化2π,通过观察相位差的变化ϕ∆,便可测出λ。

将发射器1S 和接收器2S 的正弦电压信号分别输入到示波器的CH1和CH2通道,在屏上便显示出频率为1:1的李萨如图形。

改变L 时,两个谐振动的相位差从0~π,图形就从斜率为正的直线变为椭圆,再变到斜率为负的直线;位相差再由0~2π,图形又从斜率为负曲线变为椭圆,再变回斜率为正的直线,如图3-5-3所示。

为了便于判断,选择李萨如图为直线时作为测量的起点,移动2S ,当L 变化一个波长时,就会重复出现同样斜率的直线。

读出移过的距离,就测出了超声波的波长。

图3-5-3 用李萨如图观察相位变化4. 时差法测量原理 时差法测量声速的基本原理是基于L t=v .发射换能器1S 定时发出一个声脉冲,经声波在介质中传播,经过t 时间后,到达L 距离处的接收换能器。

由高精度计时电路得到声波从发出到接收在媒质中传播的时间,并由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出,声波传播的距离由数显表头记录,从而计算出声波在媒质中的传播速度。

【实验仪器】SV-DH 系列声速测试仪是由声速测试仪测试架和声速测试仪信号源二个部分组成。

1.声速测试仪测试架图3-5-4 超声波声速测试仪测试架结构2.测试仪专用信号源图3-5-5 声速测试仪信号源面板信号频率:调节输出信号的频率;发射强度:调节输出信号电功率(输出电压),仅连续波有效。

接收增益:调节仪器内部的接收增益。

【实验内容及步骤】1. 驻波法测量声速(1)电路连接与仪器调整①仪器使用前,加电开机预热15分钟,在接通市电后,自动工作在连续波方式。

②如图3-5-2所示,信号源面板上的发射端换能器接口1S ,用于输出一定频率的功率信号,请接至测试架的发射换能器1S ;信号源面板上的发射端的发射波形1Y ,请接至双踪示波器的CH 1(Y 1),用于观察发射波形;接收换能器2S 的输出接至示波器的CH 2(Y 2).(2)测定压电陶瓷换能器的频率工作点将信号发生器输出频率调至谐振频率附近(34z ~40KH KHz 之间),移动2S ,示波器显示正弦波振幅的变化,移动到振幅较大处,固定2S ,再仔细调节频率,使图形幅度达到最大,此频率即是压电换能器相匹配的一个谐振工作点,由信号源频率显示窗口直接读出频率。

(3)测量在谐振频率下,将测试方法设置到连续波方式,选择合适的发射强度。

转动鼓轮,记录下幅度为最大时的距离,再向前或者向后(必须是一个方向)移动距离,当接收波经变小后再到最大时,记录下此时的距离i L ,并进行多次测定,将所采集的数据填于表3-5-1中。

2.相位法(李萨茹图法)测量声速将测试方法设置到连续波方式,选择合适的发射强度。

将示波器打到“X-Y ”方式,选择合适的示波器通道增益,示波器显示李萨茹如图形。

转动鼓轮,移动2S ,使李萨茹如图显示的椭圆变为一定角度的一条斜线,记录下此时的距离1i L -。

再向前或者向后(必须是一个方向)移动距离,使观察到的波形又回到前面所说的特定角度的斜线,这时接收波的相位变化2π,记录下此时的距离i L ,多次测定,将所采集的数据填于表3-5-2中。

3.时差法测量声速(选做)使用空气为介质测试声速,按图3-5-2进行接线,这时示波器的1Y 、2Y 通道分别用于观察发射和接收波形。

为了避免连续波可能带来的干扰,可以将连续波频率调离换能器谐振点。

将测试方法设置到脉冲波方式,选择合适的脉冲发射强度。

将2S 移动到离开1S 一定距离(≥50mm ),选择合适的接收增益,使显示的时间差值读数稳定。

然后记录此时的距离值和信号源计时器显示的时间值1i L -、1i t -.移动2S ,记录多次测量的距离值和显示的时间值i L 、it (数据记录表格自拟),将所采集的数据填于自拟的表格中。

4.注意事项①测量时,旋转鼓轮应向同一方向旋转,以避免空程误差;②电源接通时,两超声换能器不得接触;③在距离≤50mm 时,在一定的位置上,示波器上看到的波形可能会产生“拖尾”,这时显示的时间值很小。

这是由于距离较近时,声波的强度较大,反射波引起的共振在下一个测量周期到来时未能完全衰减而产生的。

调小接收增益,可去掉“拖尾”,在较近的距离范围内也能得到稳定的声速值。

④由于空气中的超声波衰减较大,在较长距离内测量时,接收波会有明显的衰减,这可能会带来计时器读数有跳字,这时应微调(距离增大时,顺时针调节;距离减小时,逆时针调节)接收增益,使计时器读数在移动2S 时连续准确变化。

可以将接收换能器先调到远离发射换能器的一端,并将接收增益调至最大,这时计时器有相应的读数。

由远到近调节接收换能器,这时计时器读数将变小;随着距离的变近,接收波的幅度逐渐变大,在某一位置,计时器读数如果有跳字,就逆时针方向微调接收增益旋钮,使计时器的计时读数连续准确变化,就可准确测得计时值。

【数据处理与分析】1. 驻波法测量声速表3-5-1 驻波法测量声速实验数据记录表(声波频率 _Hz f K = 介质温度__t =℃)①用逐差法处理实验数据,给出声波波长λ、声速v 的测量结果。

②按理论公式s =v v s v 。

式中10331.45m s -=⋅v ,为0273.15K T =时的声速,(273.15)K T t =+。

将测量结果与理论值s v 进行比较。

2. 相位法测量声速表3-5-2 相位法测量声速实验数据记录表(声波频率__Hz f K = 介质温度__t =℃)V进行比较。

用逐差法处理数据,给出测量结果,并与理论值s【课后讨论】①声速测量中共振干涉法、相位法、时差法有何异同?②声音在不同介质中传播有何区别?声速为什么会不同?(邵江华)。

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