用相位法測聲速.doc

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1、用相位法測聲速【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)習(xí)用相位法測量空氣中的聲速。2、了解空氣中的聲速與溫度的關(guān)系。3、提高聲學(xué)、電磁學(xué)等不同類型儀器的綜合使用能力。4、了解換能器的原理及工作方式?！緦?shí)驗(yàn)儀器】綜合聲速測定儀、綜合聲速測定儀信號源、雙綜示波器?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、聲波的波速測量聲速一般的方法是在給定聲音信號的頻率情況下，測量聲信號的波長，由公式，計(jì)算出聲速。圖2實(shí)驗(yàn)連線示意圖3、相位法測量聲速的原理圖2為實(shí)驗(yàn)連線示意圖，它由綜合聲速測試儀、信號源、和示波器組成。聲速測試儀裝置的支架上部裝有游標(biāo)尺，游標(biāo)尺的刀口下部裝有兩只壓電換能器。作為發(fā)射超聲波用的換能器固定在刀口的左端。另一只接收超聲波用的換能

2、器裝在刀口的右端，可沿著游標(biāo)尺移動。兩只換能器的相對位移可從游標(biāo)尺上讀得。使換能器發(fā)射超聲波的正弦電壓信號由信號源供給。正弦電壓信號的頻率直接在信號源的數(shù)碼管上顯示出來。換能器把接收到的超聲波壓轉(zhuǎn)換成電壓信號，用示波器觀察。由信號源產(chǎn)生的一正弦波信號，一方面由“示波器”端鈕將信號送入示波器的“（軸）”，另一方面由“換能器”端鈕將信號送入綜合測定儀的“”，再傳送到“”，然后送入示波器的“(軸)”。在示波器上將顯示出兩個(gè)頻率相等、振動方向相互垂直、位相差恒定的利薩如圖形。由于兩信號到達(dá)時(shí)間不同（或存在有波程差）而產(chǎn)生相位差。相位差不同，利薩如圖形也不同。即合成后的方程為這是一個(gè)穩(wěn)定的橢圓利薩

3、如圖形。當(dāng)時(shí)或這是一直線方程。即兩者相位相同或相位差為的整數(shù)倍時(shí)，合成為一條直線。當(dāng)時(shí)合成后的利薩如圖形為正橢圓?？梢娎_如圖形隨相位差的變化而改變。當(dāng)連續(xù)移,增大與之間的距離時(shí)，利薩如圖將從直線到橢圓再到直線變化，如圖3所示。當(dāng)改變一個(gè)波長時(shí)，即兩信號的相位差改變時(shí)，圖形就會重復(fù)出現(xiàn)同樣斜率的直線。如圖3所示。這樣就可以測量出波長的長度。圖3不同相位差對應(yīng)的利薩如圖【實(shí)驗(yàn)步驟】1、按圖2所示接線，將換能器間距離調(diào)整到約50mm。信號源輸出頻率為，大約為36000。2、打開示波器電源，預(yù)熱5分鐘，待出現(xiàn)一條綠色的水平線。將開關(guān)置于“CH1”，顯示X方向的正弦波形，然后將開關(guān)置于”CH2”

4、,顯示Y方向的波形。應(yīng)使兩者的幅度大致相等。幅度不應(yīng)過大。3、將示波器的旋鈕旋到位置，示波器出現(xiàn)“橢圓”圖形。將圖形調(diào)至中間。旋轉(zhuǎn)聲速測定儀上的手輪，看圖形的變化規(guī)律，看是否是從左到右再從右到左變化。4、將利薩如圖形調(diào)成一條直線，并記住直線的位置。打開自動記錄儀的電源開關(guān)，并清零。5、轉(zhuǎn)動聲速測定儀上的手輪，逐步增大換能器間距，觀察相應(yīng)的李薩如圖形，直到圖形再回到開始的直線位置時(shí)，記錄下記錄儀上的讀數(shù)，并記錄信號源上的頻率。6、重復(fù)步驟。記錄8組數(shù)據(jù)，填在相應(yīng)的表內(nèi)。五、數(shù)據(jù)記錄序號12345678六、數(shù)據(jù)處理計(jì)算平均波長波長絕對不確定度平均頻率頻率絕對不確定度計(jì)算平均聲速相對不確定度波

5、長絕對不確定度波速的完整表示