聲速測定實驗報告

1、聲速測定實驗報告 聲速得測定實驗報告 1 1 、實驗?zāi)康?(1)學(xué)會用駐波法與相位法測量聲波在空氣中傳播速度。 ()進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器得使用方法。 (3）學(xué)會用逐差法處理數(shù)據(jù). 2 2 、實驗儀器 超聲聲速測定儀、低頻信號發(fā)生器 df02b、示波器 s16b。 3 3 、實驗原理 3.1 實驗原理 聲速 v、頻率 f 與波長之間得關(guān)系式為。如果能用實驗方法測量聲波得頻率 f 與波長，即可求得聲速 v.常用得測量聲速得方法有以下兩種。 3 3 。 實驗方法 3 3 。2 2 。 1 駐波共振法( ( 簡稱駐波法） 發(fā)出得超聲波與反射得超聲波在它們之間得區(qū)域內(nèi)相干預(yù)而形成駐波。當波源

2、得頻率與駐波系統(tǒng)得固有頻率相等時,此駐波得振幅才到達最大值，此時得頻率為共振頻率。 駐波系統(tǒng)得固有頻率不僅與系統(tǒng)得固有性質(zhì)有關(guān),還取決于邊界條件,在聲速實驗中，、即為兩邊界，且必定就是波節(jié)，其間可以有任意個波節(jié)，所以駐波得共振條件為: (） 即當與之間得距離 l 等于聲波半波長得整數(shù)倍時，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài),駐波振幅最大。在示波器上得到得信號幅度最大。當 l 不滿足（1）式時，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài),駐波振幅隨之減小。 移動,可以連續(xù)地改變 l 得大小.由式（1)可知，任意兩個相鄰共振狀態(tài)之間，即所移過得距離為: （2) 可見，示波器上信號幅度每一次周期性變化，相當于改變了。此距離可由超聲聲速

3、測定儀上得游標卡尺測得,頻率可由低頻信號發(fā)生器上得頻率計讀得,根據(jù)，就可求出聲速。 2 2 兩個相互垂直諧振動得合成法( ( 簡稱相位法) ) 在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個相互垂直得同頻率得諧振動得合成圖形-稱為李沙如圖形。其軌跡方程為: () 在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當相位差時，由（5）式,得,即軌跡為一條處在于第一與第三象限得直線參見圖 16-2（a)。 當時，得，軌跡為以坐標軸為主軸得橢圓 當時，得，軌跡為處于第二與第四象限得一條直線. 改變與之間得距離,相當于改變了發(fā)射波與接受波之間得相位差(），熒光屏上得圖形也隨之變化。顯然,l 每變化半個波長(即,位相差就變化.隨著振動相位

4、差從得變化，李沙如圖形就按圖 16-2（a) （b)（c）變化。因此,每移動半個波長，就會重復(fù)出現(xiàn)斜率符號相反得直線.測得波長與頻率 f，根據(jù),就可計算出聲速。 4 4 、實驗內(nèi)容 ( ( ） 熟悉聲速測定儀 該儀器由支架、游標卡尺與兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器得位置分別與游標卡尺得主尺與游標相對定位,所以兩只換能器相對位置距離得變化量可由游標卡尺直 接讀出。 兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉(zhuǎn)換)，一只為接收聲波（聲電轉(zhuǎn)換），其結(jié)構(gòu)完全相同。發(fā)射器得平面端面用以產(chǎn)生平面聲波;接收器得平面端面那么為聲波得接收面與反射面。壓電換能器產(chǎn)生得波具有平面性、單色性好以及方向性強

5、得特點。同時可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi),使一般得音頻對它沒有干擾。 （2 2 ） 駐波法測量聲速 ）按圖接好線路,把換能器 s 引線插在低頻信號發(fā)生器得“功率輸出孔",把換能器 接到示波器得“y inpt”。 2）翻開電源開關(guān)，把頻率倍乘按鈕×10壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器,使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)v 電壓,電壓衰減按鈕為 2db；波形選擇為正弦波(彈出狀態(tài)）。 3）壓入示波器電源開關(guān)，把示波器 y 衰減開關(guān) volsdv 置 0、5v 檔，y 輸入方式置c 位。掃描檔 tie/div 為 20,觸發(fā)源（觸發(fā) tr）選擇“內(nèi)同步 int”；觸發(fā)方式為“自動”. )移動 s 2 位置,目測

6、 s 1 與 s 2 得距離為 3c左右,調(diào)整低頻信號發(fā)生器得“頻率調(diào)節(jié)”波段開關(guān),調(diào)節(jié)頻率微調(diào)電位器，使數(shù)碼顯示屏得頻率讀數(shù)為 34、003、000kh范圍。觀察示波器,當屏幕得波形幅度最大時,說明換能器 s 處于共振狀態(tài)。記下頻率 f 值(實驗過程中,頻率 f 不許改變，否那么影響實驗數(shù)據(jù)）。 )示波器熒幕得波形假設(shè)不在中央,可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定)或太大，可調(diào)節(jié) y 增益電位器arale,使波形幅度適中。 6）注意：實驗過程中不要用手觸摸兩個換能器，以免影響測量精確性。 7）向右稍移 s 2 ,并調(diào)整游標卡尺得微調(diào)螺絲，同時觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度

7、如果超過屏幕，可調(diào)整增益 varabe,使波形滿屏。記下 s 2 得初始位置 0 。 8 由近至遠慢慢移動接收器 s ，逐個記下九個幅度最大得位置（即 li 值)。 （ 3) 相位法測聲速 )把示波器觸發(fā)方式選擇“外接"。 )把示波器得“y iput”接超聲波測速儀得接收器 s 2 ，示波器“x 輸入”聯(lián)接到低頻信號發(fā)生器得電壓輸出(不能接同步輸出）. 3）把 s 2 調(diào)回距 s 1 大約 3cm，移動接收換能器 ，調(diào)節(jié)游標卡尺微調(diào)螺絲，同時觀察示波器得圖形變化，使圖形為“/”，記下 2 初始位置 。 4）由近至遠，慢慢移動 s 2 ，并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化

8、(即圖形由“”直線變到“”直線）接收換能器 s 2 得位置讀數(shù)i 值，共測十個數(shù)據(jù). 5）實驗完畢,關(guān)掉電源,好儀器 5 5 、實驗參考數(shù)據(jù) ) ) 駐波法測量聲速 共振頻率=3、583hz 表 駐波法測量波長得測量數(shù)據(jù) 次序 次序 1 3、72 6 19、5 25、82 0、2 2 8、84 14、7 5、86 0、028 3 10、02 129、90 25、88 、08 09、22 9 35、 5、80 0、032 14、38 0 10、18 25、8 0、02 逐差法處理表 1 數(shù)據(jù) 標準偏差=、036 合成不確定度為 ) ( 038 . 0 012 . 0 036 . 02 2 2 2 2 25 5mm u s u u ub l l b a l li i i i? ? ? ? ? ? ? ? ? 頻率不確定度 聲速得相對不確定度 % 6 . 0 006 . 0 )832 . 25038 . 0( )583 . 342 . 0( ) ( ) (2 2 252 5? ? ? ? ?i il l fvl lufuei i 聲速得計算 聲速不確定度為 室溫時聲速結(jié)果表達式: 2) 相位法測量聲速 參考駐波法。 6 6 、結(jié)論：