《聲速的測定》實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及報(bào)告

1/1《聲速的測定》實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及報(bào)告××高校試驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

（××組）

××學(xué)院××系××專業(yè)

××級(jí)××姓名××學(xué)號(hào)××日期

試驗(yàn)七:聲速的測量

一:試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用極值法和位相法測量空氣中的聲速

2.把握用電聲換能器進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換的測量方法

3.學(xué)會(huì)用逐差法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)示波器的應(yīng)用

二:試驗(yàn)儀器

SV6型超聲速測量組合儀,SV5型聲速測定專用信號(hào)源,雙蹤示波器

三:試驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)記錄

1.確定儀器組最佳工作頻率f

2.將測試方法設(shè)置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動(dòng)S2找出接受波形的最大值，記錄幅度為最大值時(shí)的距離；登記S2位置x0,調(diào)整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個(gè)點(diǎn)，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個(gè)數(shù)據(jù)即可得到接受波長?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設(shè)置為“x-y”

方式。適當(dāng)調(diào)整示波器，消失李薩茹圖。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動(dòng)S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測定取其平均值即可得到波長?

v=

數(shù)據(jù)表格：

試驗(yàn)前t1=℃試驗(yàn)后t2=℃

f·?

××高校試驗(yàn)報(bào)告

（××組）

××學(xué)院××系××專業(yè)

××級(jí)××姓名××學(xué)號(hào)××日期

試驗(yàn)七:聲速的測量一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用極值法和位相法測量空氣中的聲速

2．把握用電聲換能器進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換的測量方法

3.學(xué)會(huì)用逐差法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)示波器的應(yīng)用二．試驗(yàn)儀器

SV6型超聲速測量組合儀,SV5型聲速測定專用信號(hào)源,雙蹤示波器三．試驗(yàn)原理

1．駐波法測聲速

壓電陶瓷換能器S1作為聲波放射器，它由信號(hào)源供應(yīng)頻率37KHz左右的溝通電信號(hào)，由逆壓電效應(yīng)發(fā)出一平面超聲波，形成沿X方向傳播的平面縱波，該縱波在傳播過程中遇到作為聲波接收器的聲波換能器S2，S2接受聲波信號(hào)的同時(shí)放射部分聲波信號(hào)，假如接受面S2與S1嚴(yán)格平行，入射波即在接受面上垂直反射，入射波與放射波相

干涉形成駐波，正壓電效應(yīng)將接受到的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)輸入示波器，在示波器上可以看到一組由聲壓信號(hào)產(chǎn)生的正弦波形，實(shí)際上是兩個(gè)相干波合成后在接收器S2處的振動(dòng)狀況，移動(dòng)S2位置，由于聲波傳播的阻尼衰減，在示波器上顯示會(huì)發(fā)覺當(dāng)S2在某些位置時(shí)，振幅會(huì)有駐波衰減變化的最小值或最大值。

x??設(shè)聲源S1方程為：X?Acos2??ft????0(1)?????

x??S2反射波的方程為：Y?Bcos?2??ft????1?(2)???

兩波產(chǎn)生干涉時(shí)，他們的合振動(dòng)方程S?X?Y?((A?B)cos2?)cos2?ft(3)x

?

上式為駐波方程，當(dāng)x??n?

2，?1??0?0時(shí)兩波的位相相同，兩

波的疊加使得振幅最大，振幅為(A?B),稱為波腹；當(dāng)x??(2n?,?1??0??時(shí)兩波位相相反，疊加使得振幅最4?

?小，為A?B，這些點(diǎn)稱為波節(jié)，兩相鄰波腹或波節(jié)的距離為，2

即半波長。在連續(xù)多次單方向測量相隔半波長的S2的位置變化及聲波頻率

2.相位法測聲速

設(shè)聲源S1的方程為X距聲源x處S2接收到?Acos(wt???)，f，按逐差法算出波長?，便可按v??f求出聲速。

的振動(dòng)為X?Bcos(wt??2)，兩處振動(dòng)的相位差?????????2?fx/v，通過測量相位差可以測得聲速v。當(dāng)把S1和S2的信號(hào)分別輸入到示波器的X軸和Y軸，這是垂直方向兩列正弦波的疊加，其合成的振動(dòng)方程為橢圓方程：

X2Y22XY2??cos(?2??1)?sin(?2??1)(4)A2B2AB

由(4)式，當(dāng)?2??1?0，兩振動(dòng)同向，這時(shí)方程變?yōu)椋?/p>

XY2(?)?0(5)AB

B這時(shí)合成的軌跡是一斜率為的直線。當(dāng)?2??1??，兩振動(dòng)反A

B?向，這時(shí)合成的軌跡是一斜率為?的直線。當(dāng)?2??1?時(shí)，A2

X2Y2

合成的軌跡是一橢圓：2?2?1AB

假如?2??1??

合成軌跡如圖：

(6)?2，這時(shí)橢圓運(yùn)動(dòng)方向與上述的相反。

李薩茹圖

當(dāng)移動(dòng)x使得示波器上的李薩茹圖形從一斜率為正的直線又回到原來的位置時(shí)，也就是x變化了一個(gè)波長?，便可按v

四:試驗(yàn)內(nèi)容步驟

1.確定儀器組最佳工作頻率??f求出聲速。f

2.將測試方法設(shè)置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動(dòng)S2找出接受形的最大值，記錄幅度為最大值時(shí)的距離；登記S2位置x0調(diào)整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個(gè)點(diǎn)，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個(gè)數(shù)據(jù)即可得到接受波長?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設(shè)置為“x-y”方式。適當(dāng)調(diào)整示波器，消失李薩茹圖。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動(dòng)S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測定取其平均值即可得到波長?

五.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

試驗(yàn)前溫度：t1=24.1℃，試驗(yàn)后溫度：t2=24.9℃故取平均溫度為試驗(yàn)時(shí)的溫度：t=1.駐波法：表格如下

=24.5℃

f=38.073KHz

由此，試驗(yàn)測得聲速為v=f·?=347.61（m?s）

頻率的平均值：

而0攝氏度，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下聲速為v0?331.45(m/s)，環(huán)境溫度t=24.5℃，故理論上的聲速應(yīng)為

=

測量結(jié)果與理論值的定值誤差為相對(duì)誤差

=346.00（m?s）

=-=1.61（m?s）

=0.47%

與理論值符合的很好

2.相位法：波長、頻率均取平均值，表格如下

頻率平均值

f?37.724KHz，

?345.55(m/s)?343.14(m/s)?v?vt?2.41(m/s)

聲速v??f而理論值vt

定值誤差?v

?v

相對(duì)誤差?0.70%，更加精確

vt

六．結(jié)果分析及心得