超聲聲速測(cè)量預(yù)習(xí)提綱

1、超聲聲速測(cè)量預(yù)習(xí)提綱1、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：(1)用相位法、共振法測(cè)空氣中的聲速；(必做)(2)用時(shí)差法測(cè)空氣中的聲速；(選做)2、實(shí)驗(yàn)原理：(1)壓電陶瓷換能器如何進(jìn)行工作的？(2)駐波如何形成？(3)三種測(cè)量方法的主要實(shí)驗(yàn)原理如何？X(4) xi是半個(gè)波長(zhǎng)還是一個(gè)波長(zhǎng)？2瓦(5)如何利用逐差法計(jì)算波長(zhǎng)？(入=5 ，測(cè)10個(gè)數(shù)據(jù)用逐差法進(jìn)行處理)3、操作規(guī)范：(1)為什么要進(jìn)行諧振頻率調(diào)節(jié)？如何調(diào)？(2)如何理解示波器上的的直線、橢圓圖形？(3)如何避免回程差？(4)時(shí)差法中如何調(diào)節(jié)使接收波信號(hào)幅度始終保持一致？(5)如何正確使用示波器？4、數(shù)據(jù)處理：(1)逐差法是采用逐項(xiàng)逐差還是隔項(xiàng)逐差；(2)如何

2、設(shè)計(jì)表格及必要數(shù)據(jù)的具體計(jì)算過程；(3)為什么時(shí)差法中延遲時(shí)間ti -ti必需是三位有效數(shù)？5、結(jié)果討論和誤差分析：(本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn))。(1)二種或三種測(cè)量方法的優(yōu)劣比較，定量分析引起誤差的原因;(2)百分差一般控制在5刈內(nèi)。超聲聲速測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計(jì)提示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果：1、共振干涉法： 溫度：t= 0c諧振頻率：f = Hz測(cè)量次數(shù)(i)12345678910xi (mm)址=為由x(mm)x =mm西=mm7 2 TX x Ax(mm)5，2 ，葭= L%(mm) 5m =mmmV - f k(mS)V = f M ,)(m/s) V/ijV = -mSVs =Vo、5%EV = -

3、 100%V VE_ =V-Vs100%PVs2、相位比較法：(參照共振干涉法)3、時(shí)差法：溫度：t= 0c測(cè)量次數(shù)（i）127L測(cè)量次數(shù)（i）12M=L2L1At =t2 11EP =V -Vs 100%Vsli (mm)tiA& =用率wm mm&=* Ns Vc,EV =100% VV=?%)“”)v=-m一ms1、共振干涉法:xixi 5 -xiv(xixi 5)2一 mmmm數(shù)據(jù)處理:mm2-一 mmmm出一E一二V2、3、Vs 二t 273.15T =331.273.15-ms400% ;相位比較法:計(jì)算過程同上時(shí)差法:2A儀0.015mmV -Vs100% -Vs同理:=0.51

4、 s.L；：LEv 二、2、2_V100% EV -Vs100%Vs誤 差 分析 舉 例結(jié)果討論及定性分析：1、從百分差中可知，共振干涉法的誤差最大，其次是相位比較法，最小是時(shí)差法。共振干涉法的誤差最大原因： 主要是每次觀察正弦波波峰最大時(shí)容易出現(xiàn)誤差，而相位比較法用里薩爾圖形的斜率正、負(fù)直線觀察出現(xiàn)誤差較小， 而時(shí)差法誤差最小，其實(shí)驗(yàn)原理決定了該實(shí)驗(yàn)方法的誤差。2、在調(diào)節(jié)諧振頻率時(shí)，由于信號(hào)源穩(wěn)定性較差，開始時(shí)的諧振頻率跟實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的諧振頻率有變化，變小，存在 系統(tǒng)誤差。3、聲速測(cè)量?jī)x存在一定的回程差，所以在調(diào)節(jié)時(shí)一定要朝同方向調(diào)節(jié)，盡量避免回程差。結(jié)果討論及定量分析：測(cè)得諧振頻率：fi =

5、37018赫茲f2 =37016 赫茲f3 =37015赫茲4 = 37013赫茲 fs = 37011 赫茲干=37015赫茲測(cè)得波長(zhǎng)：71 =9.54燈02米乂=9.58乂10&米入2 = 9.40黑10）米兒2 =9.54父10學(xué)米九2=9.46黑10/米一J3九=9.504父10米定量分析一：測(cè)得超聲聲速： V = f M，= 37015M 9.504m 10 351.8（2 ）取諧振頻率：f1 =37011赫茲 波長(zhǎng)：工= 9.504x10二米可得：Vf =%父工=37011父9.504父102 =351.8（*2 ）取諧振頻率：f =37015赫茲 波長(zhǎng)：兒=9.40X10二米可得：V九=fM 兒=37015M9.40m10& = 347.9（Z2 ）（諧振頻率變化）EPf二號(hào)100%二更曦鏟100%;0%（波長(zhǎng)變化）Ep.皿35；：礪的.1 %1.0定量分析二：f 22-、，= IV 三V從不確定度傳遞公式來考慮：V f fV V從不確定度傳遞公式可知：諧振頻率的相對(duì)不確定度跟波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度相比，大大小于波長(zhǎng)的 相對(duì)不確定度，速度的不確定度主要取決于波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度，而諧振頻率的相對(duì)不確定度可以忽略 不計(jì)。（具體數(shù)據(jù)代入誤差定量說明過程由學(xué)生處理）從上誤差定量分析可得：該實(shí)驗(yàn)諧振頻率變化引起誤差對(duì)超聲聲速的測(cè)量結(jié)果影響可以忽略不計(jì)， 而波長(zhǎng)變化