《测量声速实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量声速实验报告（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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测量声速实验报告声速测量课程名称：大学物理实验实验名称：声速测量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：104座位号：实验时间：第周星期一下午16点开始一、实验项目名称：声速测量二、实验目的：1、学会测量超声波在空气中的传播速度方法。2、理解驻波和振动合成理论。3、学会逐差法进行数据处理。4、了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。三、实验原理：根据声速、声波频率、波长间的关系：v?f?，测得声波的频率和波长，就可求的声速。声波频率由信号发生器产生，可直接显示，故只需测得声波
2、波长即可。有驻波法和相位法。1、驻波法实验时将信号发生器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上，超声发射换能器通过电声转换，将电压信号变为超声波，以超声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。设沿x方向射出的入射波方称为：y1?Acos(wt?2?x)，反射方程：?y2?Acos(wt?2?x)，A为声源振幅，w为角频率，2?x为由于波?动传播到坐标x处引起的相位变化。所以合振动方程：y=y1+y2=(2Acos2?x)coswt；在声驻波中，波腹处声压最小，而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波
3、器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时卡尺的读数，则根据公式：就可算出超声波在空气中的传播速度，其中超声波的频率可由信号发生器直接读得。2、相位法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接收点存在着位相差，而这位相差则可以通过比较接收换能器输出的电
4、信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的位相关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形来观察。相差和角频率、传播时间t之间有如下关系：同时有，当，代入上式得：2，3，.）时，可得。实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。当相位差改变时，相应距离的改变量即为半个波长。根据波长和频率即可求出波速。四、实验仪器：信号发生器、双踪示波器、声速测量仪五、实验内容及步骤：1、驻波法将信号源调至电陶瓷换能器的固有频率，连续改变接收器位置，波器叠加方式用“Y2”，内触发电源亦选“Y2”或“Y1/Y2”，观察声压变化与接收器位置的关系，由此测得超声波波长。2、相位法利用示波器合成李萨如图，改变接
5、收器位置，示波器叠加方式用“交替”或“断续”，内触发电源选“Y2”，按下示波器的“X-Y”键，改变接收器位置，通过李萨如图形变化测定超声波波长。六、数据记录及处理：f=f=实验39空气中声速的测定数据表格及处理驻波法用逐差法处理数据表一驻波法测声速声波频率f=kHz次序Li?10m?3次序Li?6(10?3m)Li?6?Li(10m)?3平均值?Li?6?Li?几个计算公式：平均值标准偏差SLi?6?Li?uli?mlli逐差法uLi?6?Li?合成不确定度uf?muLi?6?Li?SL2i?6?Li?u2Li?6?Li声速测量的平均值及不确定度V?13f?Li?6?Li?EV?uV?EVVV
6、?V?uV相位法注意事项1调节仪器时应严格按照教师或说明书的要求进行，以免损坏仪器。2测量过程中仔细将频率调整到压电换能器的谐振频率。3实验中采用累加放大法测量。4实验完毕，必须整理好实验台和实验仪器。数据记录与处理1基础数据记录谐振频率f=；室温。2驻波法测量声速的平均值：?的不确定度：166?i?1i?6?(?S?i?1i?)2i(i?1)2332因为，i=(1i+6-1i)/3，仪=所以，u?仪2S?u?计算声速：?f?计算不确定度：f?f?1%3?(kHz)2f?(f?)?(?)2?3(m/s)实验结果表示：温度t=时，=m/s，B=%3相位比较法测量声速177的平均值：?的不确定度：
7、?i?1i?7?(?S?i?1i?)2i(i?1)2732因为，i=(1i+7-1i)/7，仪=所以，u?仪2S?u?计算声速：?f?计算不确定度：f?f?1%3?(kHz)2f?(f?)?(?)2?3(m/s)实验结果表示：温度t=时，=m/s，B=%声速测定引言：本实验使用了超声声速测定仪、低频信号发生器、示波器设计了共振干涉法、相位比较法、时差法来进行超声速的测定，并对实验数据进行处理、分析，最终得出声速，并与理论值进行比较。关键词：声速测定。Abstract:Thisexperimentusestheultrasonicvelocitymeasurementinstrument(DF1
8、027B),lowfrequencysignalgenerator,oscilloscope(ST16B)designtheresonanceinterferometry,phasecomparisonmethod,thetimedifferencemethodforsupersonicweremeasured,andtheexperimentaldataprocessingandanalysis,finallyobtainsthespeedofsound,andcomparedwiththetheoreticalvalue.一、实验目的1、了解超声波换能器的工作原理和功能；2、学习不同方法测
9、定声速的原理和技术；3、熟悉测定仪和示波器的调节和使用；4、测定声速在空气中的传播速度。二、仪器设备ZKY_SS超声声速测定仪、低频信号发生器、示波器。三、实验原理由波动理论得知，声波的传播速度v与声波频率和波长之间的关系为。所以只要测出声波的频率和波长，就可以求出声速。其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出，波长则可用共振法和相位比较法进行测量。时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度。压电陶瓷换能器本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换。它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅和重金属组成。压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成。在压电陶瓷片的
10、两个底面加上正弦交变电压，它就会按正弦规律发生纵向伸缩，从而发出超声波。同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。压电陶瓷换能器在声电转化过程中信号频率保持不变。如图1所示，S1作为声波发射器，它把电信号转化为声波信号向空间发射。S2是信号接收器，它把接收到的声波信号转化为电信号供观察。其中S1是固定的，而S2可以左右移动。共振法测量波长由声源S1发出的声波，经介质传播到S2，S2在接收声波信号的同时反射部分声波信号。如果接收面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波。反射面处是位移的波节，声压的波腹。改变接收器与发射源之间的距离，在一系列特定的距离上，空
11、气中出现稳定的驻波共振现象。此时等于半波过压电转换，产生的电信号的电压值也最大。因此，若保持频率不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离，即可得到该波的波长，并用计算出声速。相位比较法测量波长声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的，但它和声源振动的位相差不随时间变化。设声源方程可写成，距声源x处S2接，两处振动的位相差?2?x?2?n?，若把两处振动分别输入到示波器x轴和y轴，调节接收器使合振动为一斜率为正的直线。当，即时，合振动为一斜率为负的直线。当x为其它值时，合振动为椭圆。移动S2，当其合振动为直线的图形斜率正、负更替变化一次
12、，S2移动的距离为一个波长。准确测定移动的这个距离，再根据声波频率求出声波的传播速度。时差法测量原理以上两种方法测声速都是用示波器观察波谷和波峰，或观察两个波间的相位差，原理是正确的，但读数位置不易确定。较精确测量声速是用声波时差法。时差法在工程中得到了广泛的应用，它是将经脉冲调制的电信号加到发射换能器上，声波在介质中传播，经过时间后，到达距离处的接收换能器，所以可以用以下公式求出声波在介质中传播的速度。四、实验内容准备与声速测量系统的连接1、示波器POWER开关置ON，调节亮度和聚焦(FOCUS)，使波形清晰。2、触发源开关置INT，触发方式开关置AUTO，触发电平右旋至锁定状态。3、声速测
13、量时，专用信号源、测试仪、示波器之间的连接方法见图9-4。谐振频率的调节将测试方法设置到连续方式，按图9-4所示连好线。按下CH1开关，调节示波器，能清楚地观察到同步的正弦波信号。调节专用信号源上的“发射强度”旋钮，使其输出电压在20VP-P左右，然后将换能器测试仪接线盒上的接收端接至示波器，将两声能转换探头靠近，按下CH2开关，调整信号频率，观察接收波的电压幅度变化，在某一频率点处电压幅度最大，此频率即是压电换能器S1、S2相匹配的频率点。改变S1、S2的距离，使示波器的正弦波振幅最大，再次调节正弦信号频率，直至示波器显示的正弦波振幅达到最大值。记录此频率f。共振干涉法测声速将S2移动接近S1处(注意不要接触)，再缓缓地移动S2，当示波器上出现振幅信号时时，记下位置x0。由近而远改变接收器S2的位置，可观察到正弦波形发生周期性的变化,逐个记下振幅最大的x1，x2，?，x9共10个点。相位比较法测声速在共振干涉法实验的基础上,将示波器的X-Y控制键按下,即可观察到椭圆。使S2稍靠拢S1，然后再慢慢地移离S2，当示波器屏上出现斜率为正的直线时，记下S2的位置。移动S2，依次记下示波器上斜率负、正变化的直线出现时S2的对应位置、
