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與動搖2.1聲速丈量2.2空氣中聲速的測定2.1聲速丈量一、演示目的引見一種丈量聲速的新方法。二、演示原理本丈量儀器的安裝照實(shí)物所示，一個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)的低頻信號發(fā)生器驅(qū)動，對于某一個特定的驅(qū)動頻率，經(jīng)過控制進(jìn)水的流量及時間，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)空氣柱長度滿足n=1,2,3,……時，根據(jù)駐波原理，上端管口出現(xiàn)波腹，人耳只聽到最強(qiáng)的共鳴聲。低頻信號發(fā)生器如繼續(xù)降低波導(dǎo)管中的水位，即添加空氣柱的長度，可以產(chǎn)生第2、3……次共鳴,空氣柱的長度為L2、L3……,分別為，……，由于相鄰兩次共鳴景象之間的空氣柱長度只差為半個波長，利用實(shí)踐丈量的L1、L3、L(n+1)可以求得。聲速的頻率知，測得聲波在空氣中傳播的波長，根據(jù)公式即可求出聲速。三、演示方法先將波導(dǎo)管中注滿自來水，然后將水從波導(dǎo)管中漸漸流出，同時調(diào)理低頻信號發(fā)生器的頻率，在水位下降的過程記錄發(fā)生共鳴時的水位，兩次共鳴水位之間的間隔，恰好等于半個波長，從而推導(dǎo)出聲波的波長。2.2空氣中聲速的測定實(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)。測波長的三種方法：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。〔雙蹤法選作〕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)過波長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實(shí)現(xiàn)聲波和交流電壓間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)電信號的頻率與換能器的固有振動頻率相等時，其輸出能量最大。實(shí)驗(yàn)原理2、駐波法低頻信號發(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λ/2整數(shù)倍時，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之間變化一個波長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周期。低頻信號發(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超聲聲速測定儀

SBZ-A公用信號源

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端面平行；2〕調(diào)整信號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)整信號源任務(wù)頻率，保證換能器處于諧振形狀；5〕挪動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S2，延續(xù)讀出10個相鄰的波節(jié)位置；6〕記錄室溫及信號源頻率。

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接到示波器的通道2；2〕示波器的“觸發(fā)源〞撥至CH2；將“時基因數(shù)〞撥至X-Y；3〕接納換能器挪動到示波器屏上出現(xiàn)直線的位置，以便于觀測；4〕延續(xù)S2，讀取10組數(shù)據(jù)；5〕記錄信號源頻率及室溫。

實(shí)驗(yàn)步驟雙蹤法1〕發(fā)射端信號接“CH1〞，接納端信號接“CH2，垂直方式〔YMOOD〕中的開關(guān)撥至DUAL示波器處于兩個通道信號的雙蹤顯示形狀；2〕旋轉(zhuǎn)“時基因數(shù)〞旋鈕可同時看到兩個波形，推進(jìn)S2，兩個波形在程度方向發(fā)生相對挪動，當(dāng)兩個波形的峰和峰對齊時，闡明位相差是2的整數(shù)倍；3〕延續(xù)推進(jìn)S2，記錄峰與峰對齊時的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序號對丈量量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，空氣中聲速

那么實(shí)驗(yàn)丈量值與實(shí)際計(jì)算值的相對百分誤差為

2．相位法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)〔每隔2測一次〕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序號對丈量量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，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