聲速測量實驗報告

1、聲速測量實驗報告 聲速測量實驗報告 姓名: : 陳巖松 學號 :5501215012 班級: : 本碩實驗班 1 151 班 實驗名稱 聲速的測量 實驗目的 1. 用駐波法與相位法測聲速。 2. 學會用逐差法進行數(shù)據(jù)處理。 3. 了解聲波在空氣中的傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關系。 4. 了解壓電換能器的功能與培養(yǎng)綜合使用儀器的功能 。 實驗原理 聲速 v 、聲源振動頻率 f 與波長 l 之間的關系就是 l f v = 所以只要測得聲波的頻率 f 與波長 l , , 就可以求得聲速 v 。其中聲波頻率頻 率計測得。本實驗的主要任務就是測量聲波波長 l , , 用駐波法與相位法測量。 1. 相位法

2、波就是振動狀態(tài)的傳播, , 也可以說就是相位的傳播。在波的傳播方向上任何兩點, , 如果其振動狀態(tài)相同或者其相位差為p 2 的整數(shù)倍, , 這兩點的距離等于波長的整數(shù)倍, , 即 l n l = ( ( n 為一整數(shù)) ) 。 若超聲波發(fā)出的聲波就是平面波, , 當接收器面垂直于波的傳播方向時, , 其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時, , 總可以找到一個位置使得接收到的信號與發(fā)射器的電信號同相。繼續(xù)移動接收器, , 直到找到的信號再一次與發(fā)射器的激勵電信號同相時, , 移過的這段距離就等于聲波的波長。 實際操作時, , 我們用的就是利用李薩如圖形尋找同相或反相時橢圓退化成直

3、線的點。 2. 駐波法 按照駐波動理論, , 超聲波發(fā)生器發(fā)出的平面波經(jīng)介質到接收器, , 若接收面與發(fā)射面平行, , 聲波在接收面就會被垂直反射, , 于就是平面聲波在兩端面間來回反射并疊加。當接收端面與發(fā)射頭間的距離恰好等于半波長的整數(shù)倍時, , 疊加后的波就形成駐 波。此時相鄰兩波節(jié)間的距離等于半個波長2l。當發(fā)生器的激勵頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率( ( 本實驗中壓電陶瓷的固有頻率) ) 時, , 會產(chǎn)生駐波共振波腹處的振幅達到最大 值。 聲波就是一種縱波。由縱波的性質知, , 駐波波節(jié)處的聲壓最大。當發(fā)生共振時, , 接收端面處為一波節(jié), , 接收到的聲壓最大, ,轉換成的電信號也最強

4、。移動接收器到某個共振位置時, , 示波器上又會出現(xiàn)最強的信號, , 繼續(xù)移動到某個共振位置, , 則兩次共振位置之間的距離即為2l。 實驗儀器 聲速測量儀、示波器、信號發(fā)生器。 實驗內(nèi)容及步驟 1. 駐波法測聲速 （1 1 ） 如圖所示連接好電路, , 讓1s 與2s 靠近并留有適當?shù)目障? , 使兩端面平行且與游標尺正交。 （2 2 ） 根據(jù)實驗給出的壓電換能器的振動頻率 f , , 將信號發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至 f 附近, , 緩慢移動2s , , 當在示波器上瞧到正弦波首次出現(xiàn)振 幅較大處, , 固定2s , , 在仔細微調(diào)信號發(fā)生器的輸出頻率, , 使熒光屏上圖形振幅達到最大, , 讀

5、出共振頻率 f 。 （3 3 ） 在共振條件下, , 將2s 移近1s , , 在緩慢移開2s , , 當示波器上出現(xiàn)振幅最大時, , 記下2s 的位置0x （4 4 ） 由近及遠移動2s , , 逐次記下各振幅最大時2s 的位置, , 連續(xù)測 0 10 個數(shù)據(jù), 3 2 1, , x x x 10x （5 5 ） 用逐差法計算出波長的平均值。 2. 用相位法測聲速 (1) 調(diào)節(jié)示波器使, , 將"秒/ / 格'旋鈕旋至 y x - 利用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的相位差, , 找出同相點。 (2) 在共振條件下, , 使2s 靠近1s , , 然后慢慢移開2s , , 當

6、示波器上出現(xiàn)o45 傾斜線時, , 微調(diào)游標卡尺上的微調(diào)螺絲, , 使圖形穩(wěn)定, , 記下2s 的位置0x¢ （3 3 ） 繼續(xù)緩慢移開2s , , 依次記下 10 個示波器上李薩如圖形為o45 直線時游標卡尺的讀數(shù) , ,2 1x x ¢ ¢ 10x¢ （4 4 ） 用逐差法算出聲波波長的平均值。 數(shù)據(jù)處理及記錄 共振頻率 f =37 、 613khz 1. 駐波法 數(shù)據(jù)記錄如下( ( 單位 :mm): 0x 1x 2x 3x 4x 89 、 068 93 、 198 97 、 976 102 、 679 107 、 185 5x 6x 7x 8x 9

7、x 10x 111、 、 756 116 、 589 121、 、 208 125、 、 822 130、 、 357 135、 、 019 由上表可得下表( ( 其中i i ix x x - = d+5, , 25´d=iixl 單位 :cm) 1x d 2x d 3x d 4x d 5x d 23 、 391 23 、 232 23 、 143 23 、 172 23 、 263 1l 2l 3l 4l 5l 9 9 、 3564 9 9 、 2928 9 9 、 2572 9 9 、 2688 9 9 、 3052 下面用逐差法求聲波波長 x d = =25) ( ) ( )

8、(5 10 2 7 1 6x x x x x x - + ¼ + - + - = = mm25) 756 . 111 357 . 130 ( ) 976 . 97 208 . 121 ( ) 198 . 93 589 . 116 ( - + ¼ + - + - =4 、 648 mm 則波長 l = = x d 2 =9 、 296 mm l f v = = = s m s m / 7 . 349 / 10 296 . 9 10 613 . 373 3» ´ ´ ´- 下面計算聲波速度的不確定度 先計算 l 的不確定度, , 5 1

9、5) (95 . 0512tkka×-= då=l l=0 、 0466mm bd =0 、 01mm 從而2 2b au d + d =l=0 、 0476mm, =fu 0 0 、 01khz 所以% 5 005 . 0 ) ( )1( ) ( )1() ( )ln( ) ( )ln(2 2 2 22 2 2 2= = + =¶¶+¶¶=llllu ufuvufveff v 求出 s m e v uv v/ 748 . 1 % 5 . 0 653 . 349 » ´ = = 實驗結果為îí&

10、#236;=± =% 5 . 0/ ) 7 . 1 7 . 349 (ves m v 2 2 、相位法 數(shù)據(jù)記錄( ( 單位 :mm) 0x¢ 1x¢ 2x¢ 3x¢ 4x¢ 5x¢ 138、 、 942 148、 、 180 157、 、 406 166、 、 548 175、 、 821 184、 、 903 6x¢ 7x¢ 8x¢ 9x¢ 10x¢ 194、 、 902 203、 、 355 212、 、 676 222、 、 072 231、 、 213 從而得到下表

11、( (i i ix x x ¢ - ¢ = ¢ d+5 , ,5iix¢d= l 單位 :mm) 1x¢d 2x¢d 3x¢d 4x¢d 5x¢d 46 、 722 45 、 895 46 、 128 46 、 251 46 、 310 1l 2l 3l 4l 5l 9 9 、 344 9 9 、 179 9 9 、 226 9 9 、 250 9 9 、 262 x¢d = l =25) ( ) ( ) (5 10 2 7 1 6x x x x x x ¢ - ¢ + &#

12、188; + ¢ - ¢ + ¢ - ¢=9、252mm 則 s m s m f v / 9 . 347 / 10 252 . 9 10 613 . 373 3» ´ ´ ´ = =-l 下面計算聲波速度的不確定度 先計算 l 的不確定度, , 5 1 5) (95 . 0512tkka×-= då=l l=0 、 0729mm bd =0 、 01mm 從而2 2b au d + d =l=0 、 0736mm, =fu 0 0 、 01khz 所以% 7 007 . 0 ) ( )1( )

13、( )1() ( )ln( ) ( )ln(2 2 2 22 2 2 2= = + =¶¶+¶¶=llllu ufuvufveff v 求出 s m e v uv v/ 4 . 2 % 7 . 0 9 . 347 » ´ = = 實驗結果為îíì=± =% 7 . 0/ ) 4 . 2 9 . 347 (ves m v 實驗結果分析 及小結 1. 駐波法實驗結果表示為 îíì=± =% 5 . 0/ ) 7 . 1 7 . 349 (ves m v 2.

14、相位法實驗結果表示為 îíì=± =% 7 . 0/ ) 4 . 2 9 . 347 (ves m v 誤差分析: : （1 1 ） 發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不就是嚴格的駐波 場 （2 2 ） 儀器的螺距誤差可能存在 （3 3 ） 示波器上波形線條較粗, , 判斷振幅最大有視覺誤差 （4 4 ） 觀察李薩如圖形時, , 并不能十分準確控制每一次圖形變 成直線時都就是嚴格的直線 （5 5 ） 調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會有一定誤差。 實驗的收獲、總結、體會 1. 這次的實驗讓我有耳目一新的感覺, , 因為確實就是第一次一開始完全靠自己去完成一個實驗, , 當時做實驗的時候覺得確實挺難的, , 很多術語概念不熟悉, , 但就是正就是因為這樣的一種新的做實驗的模式, , 才體現(xiàn)了大學生要學會自主 學習、自主完成任務的意識。盡管實驗的兩個小時