超聲聲速的測定

超聲聲速的測定第一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心掌握用駐波法和相位比較法測量空氣中的聲速加深對駐波和振動合成理論知識的理解，了解超聲壓電換能器的結構和原理進一步掌握信號源和示波器的使用，培養(yǎng)綜合使用儀器能力﹡實驗目的與要求第二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心一、共振干涉法（駐波法）S1發(fā)射S2反射干涉而成駐波LLp波腹波節(jié)S2表面聲壓與其位置的關系﹡實驗原理第三頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心當換能器S1與S2的表面平行時，由換能器S1的震動產生的超聲波在S1、S2兩表面之間形成駐波，在接收換能器S2處是振幅的波節(jié)位置（理論推導）、聲壓的波腹位置，即該處位移為零，聲壓最大。當S1、S2的間距滿足一定條件時，出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波現(xiàn)象，此時接收器S2表面的聲壓振幅最大，改變S1、S2的間距，可以測量到一系列的聲壓最大的位置，而這些相鄰位置的間距就是超聲波半波長的大小。利用示波器來觀測經換能器S2產生的電信號波形，以確定振幅的最大位置。第四頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心結論：每兩個相臨波腹（波節(jié)）間的距離為λ/2第五頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心難點：１、輸入信號頻率的影響改變輸入信號頻率，觀察接收信號的變化。在某一頻率點處（約35~36KHz之間）接收器接收信號幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點。實驗時保持此頻率不變。２、S1、S2間距的影響

隨著S1、S2間距的加大，接受信號的幅度會變小，要隨時調節(jié)示波器的增益，以得到合適的圖像。第六頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心二、相位比較法（行波法）S1發(fā)射S2反射干涉而成駐波L聲源S1發(fā)出聲波后，在其周圍形成聲場，聲場在介質中任一點的振動相位是隨時間而變化的。但它和聲源的振動相位差Δj不隨時間變化。第七頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心S1接X通道,S2接Y通道，移動S2,得到如下李薩如圖形：結論：每次出現(xiàn)重復圖形S2移動的距離為λ第八頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心﹡實驗裝置信號源示波器超聲聲速測量儀第九頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心1、按實驗裝置圖接線，使發(fā)射頭和接收頭的端面盡量平行2、共振頻率，調整函數發(fā)生器的輸出頻率，使接收頭輸出的電信號幅度最大3、共振干涉法測波長，記錄示波器上波形相繼出現(xiàn)10個極大值所對應的接收頭的坐標4、相位比較法測波長，記錄示波器上圖形相繼出現(xiàn)10個相同李薩如圖形時所對應的接收頭的坐標﹡實驗步驟第十頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心1.逐差法計算波長，得到超聲波傳播速度2.計算超聲波在空氣中傳播速度的公認值，求出兩種測量方法得到的v的相對誤差E3.計算不確定度﹡數據記錄與處理第十一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心﹡問題處理：示波器不顯示駐波：調節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率，使頻率處于換能器的共振頻率上。駐波圖形太大或太?。赫{節(jié)信號發(fā)生器的輸出振幅、示波器的增益，以獲得合適的圖形。隨著兩換能器的間距增加，示波器顯示的圖形的會逐漸變小，可調節(jié)示波器的增益，以獲得合適的圖形。相位法測量時，須采用與駐波法相同的頻率（即不可改變信號發(fā)生器的頻率）。第十二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心1逐差法處理數據的優(yōu)點是什么？2為什么換能器要在諧振頻率條件下進行聲速測量？3能否雙顯法進行測量？﹡思考題第十三頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心﹡思考題解答參考1逐差法處理數據的優(yōu)點是充分利用測量數據，并對數據有取平均的效果。2當輸入電信號的頻率為諧振頻率時，壓電換能器產生機械諧振，此時產生的聲波幅度最大；當外力的頻率等于諧振頻率時，壓電換能器產生機械諧振，此時得到的電信號最強。3能，將兩端信號都接入示波器，示波器上兩正弦波相鄰兩次相位相同點，接收端移動的距離為一個波長，從而測出波速。第十四頁，共十五頁，編輯于2023年，星期五華北水利水電學院大學物理實驗中心﹡補充材料及儀器介紹壓電換能器簡介有些物質在沿一定方向受到壓力或