聲速實驗報告

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1、聲速實驗報告實驗報告聲速的測量【實驗?zāi)康摹?.學(xué)會用共振干涉法、相位比較法以及時差法測量介質(zhì)中的聲速2?學(xué)會用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；3?了解聲速與介質(zhì)參數(shù)的關(guān)系。【實驗原理】由于超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射、易被反射等優(yōu)點。在超聲波段進(jìn)行聲速測量的優(yōu)點還在于超聲波的波長短，可以在短距離較精確的測出聲速。超聲波的發(fā)射和接收一般通過電磁振動與機(jī)械振動的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，最常見的方法是利用壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)來實現(xiàn)的。本實驗采用的是壓電陶瓷制成的換能器(探頭)，這種壓電陶瓷可以在機(jī)械振動與交流電壓之間雙向換能。聲波的傳播速度與其頻率和波長的關(guān)系為：v???f(l)由(1)式可知，測得聲波的頻率和波

2、長，就可以得到聲速。同樣，傳播速度亦可用v?L/t(2)表示，若測得聲波傳播所經(jīng)過的距離L和傳播時間t,也可獲得聲速。1?共振干涉法實驗裝置如圖1所示，圖中S1和S2為壓電晶體換能器，S1作為聲波源，它被低頻信號發(fā)生器輸出的交流電信號激勵后，由于逆壓電效應(yīng)發(fā)生受迫振動，并向空氣中定向發(fā)出以近似的平面聲波；S2為超聲波接收器，聲波傳至它的接收面上時，再被反射。當(dāng)S1和S2的表面近似平行時，聲波就在兩個平面間來回反射，當(dāng)兩個平面間距L為半波長的整倍數(shù)，即L=nX,n=0,1,2,(3)2X時，S1發(fā)出的聲波與其反射聲波的相位在S1處差2n“(n=l,2),因此形成共振。因為接收器S2的表面振動位

3、移可以忽略，所以對位移來說是波節(jié)，對聲壓來說是波腹。本實驗測量的是聲壓，所以當(dāng)形成共振時，接收器的輸出會出現(xiàn)明顯增大。從示波器上觀察到的電信號幅值也是極大值(參見圖2)。圖中各極大之間的距離均為入/2,由于散射和其他損耗，各級大致幅值隨距離增大而逐漸減小。我們只要測出各極大值對應(yīng)的接收器S2的位置，就可測出波長。由信號源讀出超聲波的頻率值后，即可由公式(1)求得聲速。1.相位比較法波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是位相的傳播。沿波傳播方向的任何兩點同相位時，這兩點間的距離就是波長的整數(shù)倍。利用這個原理，可以精確的測量波長。實驗裝置如圖1所示，沿波的傳播方向移動接收器S2,接收到的信號再次與發(fā)射器

4、的位相相同時，一國的距離等于與聲波的波長。同樣也可以利用李薩如圖形來判斷位相差。實驗中輸入示波器的是來自同一信號源的信號，它們的頻率嚴(yán)格一致，所以李薩如圖是橢圓，橢圓的傾斜與兩信號的位相差有關(guān)，當(dāng)兩信號之間的位相差為0或□時，橢圓變成傾斜的直線。1.時差法用時差法測量聲速的實驗裝置仍采用上述儀器。圖片已關(guān)閉顯示，點此查看圖片已關(guān)閉顯示，點此查看由信號源提供一個脈沖信號經(jīng)S1發(fā)出一個脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后，該脈沖信號被S2接收，再將該信號返回信號源，經(jīng)信號源內(nèi)部線路分析、比較處理后輸出脈沖信號在SI、S2之間的傳播時間t,傳播距離L可以從游標(biāo)卡尺上讀出，采用公式(2)即可計算出聲速。2.

5、逐差法處理數(shù)據(jù)在本實驗中，若用游標(biāo)卡尺測出2n個極大值的位置,并依次算出每經(jīng)過n個入/2的距離為????二？？？？+???????/????二199??。如測不到20個極大值，則可少測幾個（一定是偶數(shù)）,用這樣就很容易計算出入類似方法計算即可?！緦嶒灁?shù)據(jù)記錄、實驗結(jié)果計算】實驗時室溫為16°C,空氣中聲速的理論值為99????=??0Xl+=??/??1.共振干涉法頻率f=圖片已關(guān)閉顯示，點此查看#includettincludeusingnamespacestd;constintn=10;constdoublef=;constdoubleL[2*門]二{,,,,,,,}?doubleLMD

6、=0;intmain(){for(inti=0;i此程序運(yùn)行結(jié)果為：v二m/s;2.相位比較法頻率f二使用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理過程由C++程序完成,程序如下圖片已關(guān)閉顯示,點此查看#includeusingnamespacestd;constintn=5;constdoublef=;constdoubleL[2*n]={,doubleLMD=0;intmain(){for(inti=0;i此程序運(yùn)行結(jié)果為：v=m/s1.時差法測量空氣中聲速計算機(jī)作圖如下：由于第二組數(shù)據(jù)，存在較大誤差，因此將其去掉。計算機(jī)計算得圖片已關(guān)閉顯示，點此查看v=m/s圖片已關(guān)閉顯示，點此查看2.時差法測量液體中

7、聲速計算機(jī)作圖如下：計算機(jī)計算得v=m/s【分析討論】1關(guān)于誤差其實做這個實驗需要極其精細(xì)的操作。為了得到更精確的結(jié)果,圖片已關(guān)閉顯示，點此查看不僅要每個圖片已關(guān)閉顯示，點此查看人時刻集中精力觀察儀器，操作儀器，而且需要兩個人的默契配合。當(dāng)然，還是有一些最基本的需要注意的地方，如操作距離旋鈕時，旋轉(zhuǎn)最好不要太快，接近讀數(shù)點時要放慢速度，最好不要逆向旋轉(zhuǎn)旋鈕；示波器的圖像最好調(diào)節(jié)到合適的大小位置，以便觀察和減小