大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案課件

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案青島科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室多媒體電子教材第二章振動(dòng)與動(dòng)搖2.1聲速丈量2.2空氣中聲速的測(cè)定2.1聲速丈量一、演示目的引見(jiàn)一種丈量聲速的新方法。二、演示原理本丈量?jī)x器的安裝照實(shí)物所示，一個(gè)1.2m的有機(jī)玻璃管用作波導(dǎo)管，其上方和下方分別安裝有進(jìn)水口和出水口，上方固定一揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器由一頻率可調(diào)的低頻信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，對(duì)于某一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)頻率，經(jīng)過(guò)控制進(jìn)水的流量及時(shí)間，可緩慢調(diào)理波導(dǎo)管內(nèi)的液面高度。由于水的聲阻抗大于空氣的阻抗，聲波在水面反射時(shí)產(chǎn)生半波損失。所以，水面構(gòu)成的反射面只能構(gòu)成波節(jié)。當(dāng)空氣柱長(zhǎng)度滿足n=1,2,3,……時(shí)，根據(jù)駐波原理，上端管口出現(xiàn)波腹，人耳只聽(tīng)到最強(qiáng)的共鳴聲。低頻信號(hào)發(fā)生器如繼續(xù)降低波導(dǎo)管中的水位，即添加空氣柱的長(zhǎng)度，可以產(chǎn)生第2、3……次共鳴,空氣柱的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、L3……,分別為，……，由于相鄰兩次共鳴景象之間的空氣柱長(zhǎng)度只差為半個(gè)波長(zhǎng)，利用實(shí)踐丈量的L1、L3、L(n+1)可以求得。聲速的頻率知，測(cè)得聲波在空氣中傳播的波長(zhǎng)，根據(jù)公式即可求出聲速。三、演示方法先將波導(dǎo)管中注滿自來(lái)水，然后將水從波導(dǎo)管中漸漸流出，同時(shí)調(diào)理低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，在水位下降的過(guò)程記錄發(fā)生共鳴時(shí)的水位，兩次共鳴水位之間的間隔，恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，從而推導(dǎo)出聲波的波長(zhǎng)。2.2空氣中聲速的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)利用波的疊加原理丈量聲速的方法了解示波器的構(gòu)造，學(xué)習(xí)其運(yùn)用方法了解發(fā)射和接納超聲波的原理和方法實(shí)驗(yàn)要求示波器面板各旋鈕的作用及運(yùn)用方法。壓電陶瓷超聲換能器的作用：逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)。測(cè)波長(zhǎng)的三種方法：駐波法、相位法、雙蹤法。游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法和運(yùn)用方法，誤差限=0.02mm。丈量要求同講義?！搽p蹤法選作〕數(shù)據(jù)處置同講義。不作完好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，只作數(shù)據(jù)處置于預(yù)習(xí)報(bào)告冊(cè)上。1、根本原理聲速

假設(shè)固定頻率為f=f0〔共振頻率〕，經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)λ丈量，即可求的聲速v。本實(shí)驗(yàn)采用壓電陶瓷超聲換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)聲波和交流電壓間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)電信號(hào)的頻率與換能器的固有振動(dòng)頻率相等時(shí)，其輸出能量最大。實(shí)驗(yàn)原理2、駐波法低頻信號(hào)發(fā)生器游標(biāo)尺示波器S1發(fā)出的超聲波和由S2反射的超聲波在S1，S2之間的區(qū)域干涉而構(gòu)成駐波相鄰兩極大值之間的間隔為半波長(zhǎng)λ/2整數(shù)倍時(shí)，接納面S2上的聲壓到達(dá)極大值。3、相位法S1發(fā)出的正弦波與S2收到的正弦波之間的相位差為φ=ωt=2πf/v=2πl(wèi)/λS1與S2之間變化一個(gè)波長(zhǎng)λ，φ相位差變化，示波器上所察看到的李薩如圖隨之變化一個(gè)周期。低頻信號(hào)發(fā)生器游尺示波器李薩如圖隨相位的變化圖形相位差實(shí)驗(yàn)儀器SBZ-A超聲聲速測(cè)定儀

SBZ-A公用信號(hào)源

SS-5702A雙蹤示波器實(shí)驗(yàn)步驟駐波法1〕發(fā)射換能器和接納換能器的兩個(gè)端面平行；2〕調(diào)整信號(hào)源和示波器正常的任務(wù)形狀；3〕按照正確線路銜接儀器；4〕調(diào)整信號(hào)源任務(wù)頻率，保證換能器處于諧振形狀；5〕挪動(dòng)S2，察看示波器顯示的正弦波振幅變化，用游標(biāo)尺讀出振幅極大值S2所在位置。不斷挪動(dòng)S2，延續(xù)讀出10個(gè)相鄰的波節(jié)位置；6〕記錄室溫及信號(hào)源頻率。

實(shí)驗(yàn)步驟相位法1〕按圖接線，將發(fā)射換能器的輸入信號(hào)接到示波器的通道2；2〕示波器的“觸發(fā)源〞撥至CH2；將“時(shí)基因數(shù)〞撥至X-Y；3〕接納換能器挪動(dòng)到示波器屏上出現(xiàn)直線的位置，以便于觀測(cè)；4〕延續(xù)S2，讀取10組數(shù)據(jù)；5〕記錄信號(hào)源頻率及室溫。

實(shí)驗(yàn)步驟雙蹤法1〕發(fā)射端信號(hào)接“CH1〞，接納端信號(hào)接“CH2，垂直方式〔YMOOD〕中的開(kāi)關(guān)撥至DUAL示波器處于兩個(gè)通道信號(hào)的雙蹤顯示形狀；2〕旋轉(zhuǎn)“時(shí)基因數(shù)〞旋鈕可同時(shí)看到兩個(gè)波形，推進(jìn)S2，兩個(gè)波形在程度方向發(fā)生相對(duì)挪動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)波形的峰和峰對(duì)齊時(shí)，闡明位相差是2的整數(shù)倍；3〕延續(xù)推進(jìn)S2，記錄峰與峰對(duì)齊時(shí)的10組數(shù)據(jù)，并記錄頻率。

λ=1.000cmf0=34000KHzV=331m/s參考數(shù)據(jù)1、駐波法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頻率f=34.905〔KHz〕室溫t=22〔℃〕0.0090.0070.0030.0050.0095.1055.0965.0985.1085.1105.114L=Xi+5-Xi17.22216.21215.20014.17213.14812.12611.11410.0929.0628.034Xi(cm)10987654321序號(hào)對(duì)丈量量L，B類不確定度不確定度A類不確定度這樣那么速度V的完好表示為V=(351.8±0.4)m/sEv=0.09﹪當(dāng)溫度為t時(shí)，空氣中聲速

那么實(shí)驗(yàn)丈量值與實(shí)際計(jì)算值的相對(duì)百分誤差為

2．相位法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)〔每隔2測(cè)一次〕頻率f=34.626〔KHz〕室溫t=22〔℃〕0.0090.0070.0030.0050.0095.1055.0965.0985.1085.1105.114L=Xi+5-Xi17.22216.21215.20014.17213.14812.12611.11410.0929.0628.034Xi(cm)10987654321序號(hào)對(duì)丈量量L，其平均值的A類不確定度B類不確定度那么總不確定度這樣速度V的完好表示為V=(352.4±0.6)m/sE=0.16﹪當(dāng)溫度為t時(shí)，空氣中聲速

那么實(shí)驗(yàn)丈量值與實(shí)際計(jì)算值的相對(duì)百分誤差為3．雙蹤顯示法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)〔選作〕頻率f=34