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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料的声速测量实验报告实验报告声速的测量【实验目的】1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速2.学会用逐差法进行数据处理；3.了解声速与介质参数的关系。【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在
2、机械振动与交流电压之间双向换能。声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v?f(1)由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用v?L/t(2)表示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。1.共振干涉法实验装置如图1所示，图中S1和S2为压电晶体换能器，S1作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；S2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当S1和S2的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即L=n，n=0，1，2，(3)
3、2时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2n(n=1，2)，因此形成共振。因为接收器S2的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。图中各极大之间的距离均为/2，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器S2的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。2.相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。利用
4、这个原理，可以精确的测量波长。实验装置如图1所示，沿波的传播方向移动接收器S2，接收到的信号再次与发射器的位相相同时，一国的距离等于与声波的波长。同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号，它们的频率严格一致，所以李萨如图是椭圆，椭圆的倾斜与两信号的位相差有关，当两信号之间的位相差为0或时，椭圆变成倾斜的直线。3.时差法用时差法测量声速的实验装置仍采用上述仪器。由信号源提供一个脉冲信号经S1发出一个脉冲波，经过一段距离的传播后，该脉冲信号被S2接收，再将该信号返回信号源，经信号源内部线路分析、比较处理后输出脉冲信号在S1、S2之间的传播时间t，传播距离L可以
5、从游标卡尺上读出，采用公式(2)即可计算出声速。4.逐差法处理数据在本实验中，若用游标卡尺测出2n个极大值的位置，并依次算出每经过n个/2的距离为?=?+?/?=1?。如测不到20个极大值，则可少测几个(一定是偶数)，用这样就很容易计算出类似方法计算即可。【实验数据记录、实验结果计算】实验时室温为16，空气中声速的理论值为?=?01+=?/?1共振干涉法频率f=#include#includeusingnamespacestd;constintn=10;constdoublef=;constdoubleL2*n=,;doubleLMD=0;intmain()for(inti=0;iusingn
6、amespacestd;constintn=5;constdoublef=;constdoubleL2*n=,;doubleLMD=0;intmain()for(inti=0;i材料的声速测量实验报告)置就可精密地调节两换能器之间的距离L。压电换能器是实现声波和电信号相互转换的装置，它的主要部件是压电陶瓷换能片。当输给一个电信号时，换能器便按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。压电换能器S1作为平面声波发射器，电信号由低频信号发生器供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器S2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺
7、上，转换的电信号由毫伏表指示。为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。【实验原理】声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它和声源振动的频率f、波长有如下关系：v=f如果已知声源振动的频率f，只要测定声波在空气中的波长，即可由上式求得空气中的声速。本实验采用驻波法测定声波在空气中的波长。两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两个波源之间距离等条件的限制。驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻波振幅才达到最大值，该现象称为驻波共振。改变S1、S2端面之间的距离L，当S1、S2端面之间的距离L恰好等于超声波半波长的整数倍时
8、，即L=n/2(n=1,2,3)在S1、S2之间的介质中出现稳定的驻波共振现象，此时逐波振幅达到最大;同时，在接受面上的声压波腹也相应的达到极大值，转化为电信号时，电信号的幅值也会到达极大值。因此，连续移动S2，增大S1与S2的间距L，每当L满足L=n/2(n=1,2,3)时，毫伏表显示出电压最大值，记录这些S2的坐标，则两个相邻读数之差即为半波长/2。另外由频率计可以监测到频率f，就可计算出声速v。t等于任一温度时，声波在理想气体中的传播速度为v=v01+?式中v0=?1，它为0时的声速，t为摄氏温度。由上式可以计算出t等于任意温度时，声波在理想气体中的传播速度。【实验内容】(1)仪器接线柱
9、连接。用屏蔽导线将压电换能器S1的输入接线柱与低频信号发生器的输出接线柱连接，用屏蔽导线将压电换能器S2的输出接线柱与毫伏表的输入接线柱连接，再将低频信号发生器的输出端与数字频率计的输入端相连。(2)接通仪器电源，使仪器预热15min左右，并置好仪器的各旋钮。毫伏表的量程开关先置于3V档，然后根据情况随时调节。(3)移动游标卡尺的附尺，使得换能器S2与换能器S1接近但不要接触。将低频信号发生器的频率调节旋钮由低端到高端非常缓慢的旋转，并观察毫伏表的指示变化，当指示数值达到最大时，此时信号频率即为换能器谐振频率f，在实验中应保持f不变。此步的目的在于找到一个谐振频率，使换能器工作在谐振状态，从而
10、提高测量灵敏度。(4)极缓慢的调节游标尺的附尺，使换能器S2极其缓慢的离开换能器S1，同时仔细观察毫伏表上的读数，当出现一个较大的指示数时便紧固游标尺3上的螺钉，随后旋转3下面的螺母进行微调，使毫伏表的读数达到最大值，即为波节处，记录游标尺示数x1，频率f1；然后逐渐增大x，依次记录后15个波节的位置xn及相应的频率fn，填入表中，用逐差法处理数据，求出f平均值。【实验数据及数据处理】V测=f平均*平均=m?1V理=v01+E=|V测?V理|V测?=m?1*100%=%【误差分析】系统误差：1.绝对水平是达不到的，故两个压电换能器之间的平行必有误差。2.游标卡尺有测量的精度限制，精确度上有误差
11、。3.数字频率计的精确度低，且在同一测量位置其随时间会发生变化。4.室温测量的精确度低。随机误差：1.游标卡尺读数有估读造成误差。2.数字频率计及室温测量的示数随时间变化。3.无法精确看出何时电压表示数最大。【习题】1.空气是声波的波疏介质，声波在从波疏介质传到波密介质反射时发生半波损失，在反射面处形成波节。故只有测量波节之间的距离才是驻波。2.不可以。v=v01+?平均=l平均/4，v=f，l=+,t=，t=-=可见，该仪器对于温度变化太不敏感，不可用作温度测量仪。物理实验报告姓名：专业：班级：学号：实验日期：实验教室：5107指导教师：一、【实验名称】超声波声速的测量二、【实验目的】1、了
12、解声速的测量原理2、学习示波器的原理与使用3、学习用逐差法处理数据三、【仪器用具】1、SV-DH-3型声速测定仪段2、双踪示波器3、SVX-3型声速测定信号源四、【仪器用具】1.超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在2060kHz之间。在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。后盖反压电陶瓷片辐射头正负电图1纵向换能器的结构简图压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向换能器、径向换能器及弯曲振
13、动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图1为纵向换能器的结构简图。2.共振干涉法测量声速假设在无限声场中，仅有一个点声源S1和一个接收平面。当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面，并且只产生一次反射。在上述假设条件下，发射波1=Acoscos，你从示波器显示上会发现，当S2在某此位置时振幅有最小值。根据波的干涉理论可以知道：任何二相邻的振幅最大值的位置之间的距离均为/2。为了测量声波的波长，可以在一边观察示波器上声压振幅值的同时，缓慢的改变S1和S2之间的距离。示波器上就可以看到声振动幅值不断地由最大变到最小再变到最大，二相邻的振幅最大之间的距离为/2；S2移动过的距离亦为
14、/2。超声换能器S2至S1之间的距离的改变可通过转动鼓轮来实现，而超声波的频率又可由声速测试仪信号源频率显示窗口直接读出。图3用李萨如图观察相位变化在连续多次测量相隔半波长的S2的位置变化及声波频率f以后，我们可运用测量数据计算出声速，用逐差法处理测量的数据。3.相位法测量原理由前述可知入射波1与反射波2叠加，形成波束3即3=A1cos(2x/)cost+A2cos为=2x/。如图5所示。因此能通过示波器，用李萨如图法观察测出声波的波长。4.时差法测量原理连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由以下公式求出：速度V=距离L/时间t图4发射波与接收波通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。五、【实验内容】1.仪器在使用之前，加电开机预热15min。在接通市电后，自动工作在连续波方式，选择的介质为空气的初始状态。2.驻波法测量声速。测量装置的连接：图5驻波法、相位法连线图如图5所示，信号源面板上的发射端换能器
