實(shí)驗(yàn)報(bào)告聲速的測(cè)定

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1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告聲速的測(cè)定2013301020142吳雨橋13級(jí)弘毅班物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院本實(shí)驗(yàn)利用超聲波采用駐波法來(lái)測(cè)定空氣中的聲速?！緦?shí)驗(yàn)冃的】(1)學(xué)會(huì)用駐波法測(cè)定空氣中的聲速。(2)了解壓電換能器的功能，熟悉低頻信號(hào)發(fā)生器和示波器的使用。(3)掌握用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。【實(shí)驗(yàn)器材】聲波駐波儀、低頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字頻率計(jì)、毫伏表、示波器、屏蔽導(dǎo)線?！緝x器介紹】聲波駐波儀如圖所示，在量程為50cm的游標(biāo)尺的量爪上，相向安置兩個(gè)固冇頻率相同的壓電換能器。移動(dòng)游標(biāo)及借助其微動(dòng)裝置就可精密地調(diào)節(jié)兩換能器之間的距離Lo壓電換

2、能器是實(shí)現(xiàn)聲波(機(jī)械振動(dòng))和電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的裝置，它的主要部件是壓電陶瓷換能片。當(dāng)輸給一個(gè)電信號(hào)時(shí)，換能器便按電信號(hào)的頻率做機(jī)械振動(dòng)，從而推動(dòng)空氣分子振動(dòng)產(chǎn)生平面聲波。當(dāng)它受到機(jī)械振動(dòng)后，又會(huì)將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。壓電換能器S1作為平面聲波發(fā)射器，電信號(hào)由低頻信號(hào)發(fā)生器供給，電信號(hào)的頻率讀數(shù)由數(shù)字頻率計(jì)讀出；壓電換能器S2作為聲波信號(hào)的接收器被固定于游標(biāo)尺的附尺上，轉(zhuǎn)換的電信號(hào)由毫伏表指示。為了在兩換能器的端面間形成駐波，兩端面必須嚴(yán)格平行。【實(shí)驗(yàn)原理】聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波，它和聲源振動(dòng)的頻率f

3、、波長(zhǎng)入有如下關(guān)系：v=fX如果已知聲源振動(dòng)的頻率f,只要測(cè)定聲波在空氣中的波長(zhǎng)入，即可由上式求得空氣中的聲速。本實(shí)驗(yàn)采用駐波法測(cè)定聲波在空氣中的波長(zhǎng)入。兩列振幅相同傳播方向相反的相干波疊加形成駐波，它不受兩個(gè)波源之間距離等條件的限制。駐波的強(qiáng)度和穩(wěn)定性因具體條件的不同有很大差異。只有當(dāng)波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí),駐波振幅才達(dá)到最大值，該現(xiàn)象稱為駐波共振。改變SI、S2端面之間的距離L,當(dāng)SI、S2端面之間的距離L恰好等于超聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即L=nX/2(n=l/2/3-)在SI、S2之間的介質(zhì)

4、中出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波共振現(xiàn)象，此吋逐波振幅達(dá)到最大;同時(shí)，在接受面上的聲壓波腹也相應(yīng)的達(dá)到極大值，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)的幅值也會(huì)到達(dá)極大值。因此，連續(xù)移動(dòng)S2,增大S1與S2的間距L,每當(dāng)L滿足L二n入/2(n=123…)時(shí)，毫伏表顯示出電壓最大值，記錄這些S2的坐標(biāo)(由游標(biāo)卡尺直接讀數(shù))，則兩個(gè)相鄰讀數(shù)之差即為半波長(zhǎng)入/2。另外由頻率計(jì)可以監(jiān)測(cè)到頻率f,就可計(jì)算出聲速V。t等于任一溫度時(shí)，聲波在理想氣體屮的傳播速度為v=vO1+??273.15式中v0=331.45m???l,它為0°C時(shí)的聲速,t為攝氏溫度。

5、由上式可以計(jì)算出t等于任意溫度時(shí)，聲波在理想氣體中的傳播速度?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】(1)儀器接線柱連接。用屏蔽導(dǎo)線將壓電換能器S1的輸入接線柱與低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出接線柱連接，用屏蔽導(dǎo)線將壓電換能器S2的輸出接線柱與毫伏表的輸入接線柱連接，再將低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端與數(shù)字頻率計(jì)的輸入端相連。(2)接通儀器電源，使儀器預(yù)熱15min左右，并置好儀器的各旋鈕。毫伏表的量程開關(guān)先置于3V檔，然后根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)節(jié)。(3)移動(dòng)游標(biāo)卡尺的附尺，使得換能器S2與換能器S1接近但不要接觸。將低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)旋鈕由低端到高端非常

6、緩慢的旋轉(zhuǎn)，并觀察毫伏表的指示變化，當(dāng)指示數(shù)值達(dá)到最大時(shí)，此時(shí)信號(hào)頻率即為換能器諧振頻率f,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持f不變。此步的目的在于找到一個(gè)諧振頻率，使換能器工作在諧振狀態(tài)，從而提高測(cè)量靈敏度。(4)極緩慢的調(diào)節(jié)游標(biāo)尺的附尺，使換能器S2極其緩慢的離開換能器S1,同時(shí)仔細(xì)觀察毫伏表上的讀數(shù)，當(dāng)岀現(xiàn)一個(gè)較大的指示數(shù)時(shí)便緊固游標(biāo)尺3上的螺釘，隨后旋轉(zhuǎn)3下面的螺母進(jìn)行微調(diào)，使毫伏表的讀數(shù)達(dá)到最大值，即為波節(jié)處，記錄游標(biāo)尺示數(shù)xl,頻率fl；然后逐漸增人x,依次記錄后15個(gè)波節(jié)的位置xn及相應(yīng)的頻率fn,填入表中，用逐差法

7、處理數(shù)據(jù)，求出f平均值?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理】V測(cè)二f平均*入平均=345.76m???lV理二vO1+E=

8、V測(cè)？V理

9、V測(cè)？？273.15二341.43m???l*100%=1.27%【誤差分析】系統(tǒng)誤差：1?絕對(duì)水平是達(dá)不到的，故兩個(gè)壓電換能器之間的平行必有誤差。2?游標(biāo)卡尺有測(cè)量的精度限制，精確度上有誤差。3?數(shù)字頻率計(jì)的精確度低，且在同一測(cè)量位置其隨時(shí)間會(huì)發(fā)牛變化。4?室溫測(cè)量的精確度低。隨機(jī)誤差：1.游標(biāo)卡尺讀數(shù)有估讀造成誤差。2?數(shù)字頻率計(jì)及室溫測(cè)量的示數(shù)隨時(shí)間變化。3?無(wú)法精確看岀何時(shí)電壓表示數(shù)

10、最大?！玖?xí)題】1?空氣是聲波的波疏介質(zhì)，聲波在從波疏介質(zhì)傳到波密介質(zhì)反射時(shí)發(fā)生半波損失，在反射曲處形成波節(jié)。故只有測(cè)量波節(jié)之間的距離才是駐波。2?不可以。v=vO1+??273.15X平均二

11、平均/4,v=fX,P=3.709cm+0.002mm,t'=24.13°C,At=24.13°C-l6.7°C=7.43°C可見,該儀器對(duì)于溫度變化太不敏感，不可用作溫度測(cè)量?jī)x。