声速测量(1) 用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？相同之处：都用连续波测量，均依靠示波器测量共振法：平行传播的声波与反射波产生干涉，形成驻波改变半个波长的传播路 程，驻波的波幅变化一个周期，从而可测得波长，乘以频率，得到声速相位法：比较接收波相对与发射波的相位差，改变一个波长的传播路径，相位 变化360度，从而通过测看相位图，就可测得波长，乘以频率，得到声速2) 声速测量试验中，定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减少 的原因这是由于声波在实际介质中传播时，由于扩散、吸收和散射等原因，会随着离开 声源的距离增加而自身逐渐减弱这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因素 有关而振幅的大小恰好表示波动能量的大小，所以随着声波的不断向前传播， 振幅会逐渐变小1•传播衰减：点声源、面声源、线声源三种类型不同的声源，辐射出的声波波 阵面形状不同，随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同2.吸收衰减：分为有空气吸收、绿色植被的吸收、气流和大气温度梯度的吸收 由于种种影响才会造成声波的衰减，在相同环境条件下，人耳可听到的声波范围 为20HZ~20000HZ,根据频率越高，在传播过程中更易受空气等等各种的影响的 道理，故衰减得比较快。
声速测量实验数据处理：要求：(1)用逐差法处理数据，计算超声波的波长；(2) 利用不确定度的间接传递，计算超声波传播速度的不确定度，并表示出测量结果;(3) 计算测量时声速的理论值，并与测量值比较，得出百分误差1. 共振干涉法测声速实验数据记录共振频率 f 37.056 KHz T=20 °Ci123456789101112Li(mm)AL =iAL2L - L 32.86 - 4.71 ,小t 1 = = 4.692 mm6 6L - L 37.74 -9.364.730 mmAL =3AL46 6L - L 42.32 -14.129 3 = = 4.700 mm6 6L - L 46.78 -18.73AL5AL6=T0 牛= =4.675 mm6 6L - L 51.56 - 23.43 …°=t 5 = = 4.688 mm6 6L - L 56.37 - 28.02=^ 6 = = 4.725 mm6AL =—艺 AL = 4.702 mm6 ii=1兀=2AL = 9.404 mmv =f 兀=37.056 x 9.404 = 348.475 mmU (AL)=A-AL=0.00884 mmAUB (AL)飞 10.01 = 0.00577 mmU (AL) = JU (AL)2+U (AL)2 = 0.0106 mmC ABU (九)=2U (AL) = 0.0212 mmC CU (v) = fU (九)=37.056 x 0.0212 = 0.786 m/sC Cv = v 土 U (v) =(348.48 土 0.79) m/s测量结果声速的理论值C=x 100% = 0.79 x100% = 0.23%v 348.48=臥芽=331.5 x£ 专=343.41 m/sv - v 1348.48 -343.411测量值与理论值的百分误差 E'= ——理x 100% =—■——x 100% = 1.5% v 343.41理2. 位相比较法测声速实验数据记录共振频率 f = 37.056 KHz T=20 °Ci123456789101112Li(mm)0AL =1AL2L - L 28.16 - 0t 1 = = 4.693 mm6 6L - L 32.77 - 4.654.687 mmAL =3AL46 6L - L 37.57 -9.35 4703t 3 = = 4.703 mm6 6L - L 42.24 -14.19AL5AL6=T0 牛= =4.675 mm6 6L - L 46.94 -18.86 , “=t 5 = = 4.680 mm6 6L - L 51.49 - 23.47=^ 6 = = 4.670 mm6AL =—艺 AL = 4.685 mm6 ii=1兀=2AL = 9.370 mmv =f 兀=37.056 x 9.370 = 347.299 mmU (AL)=A-AL=0.00497 mmAUB (AL)飞 10.01 = 0.00577 mmU (AL) = JU (AL)2+U (AL)2 = 0.00762 mmC ABU (九)=2U (AL) = 0.0152 mmC CU (v) = fU (九)=37.056 x 0.0152 = 0.563 m/sC Cv = v 土 U (v) =(347.30 土 0.57)m/s测量结果C=x 100% = 0.57 x 100% = 0.16% v 347.30声速的理论值===331.5 x£ 专=343.41 m/s测量值与理论值的百分误差E'=v - v 理 x100% =v理卩47'30 — 343创 x100% = 1.1%343.41填空题1. 声速测量实验中，采用驻波共振法测量声速时，要使函数信号发生器的输出频率等 于换能器的谐振频率，并且在实验过程中保持不变。
2. 声速测量实验使用的声速测量仪，是利用压电晶体的压电效应，在交变电压的作用 下使压电体产生机械振动，从而在空气中激发出超声波3•声波的传播速度v,声源的振动频率f和声波波长入之间的关系为v=fA声速测 量实验测波长常用的方法有共振干涉法和位相比较法4.声速测量实验中是通过压电晶体的压电效应来发射和接收声波6. 声速测量采用位相比较法测波长时，可通过示波器观察李萨如图形判断相位差李 萨如图形一般是稳定的椭圆当相位差为0或n时，椭圆变为倾斜的直线7. 声速测量采用共振干涉法测波长时，当接收端面与发射端面之间的距离恰好等于半 波长的整数倍时,叠加后的波形成驻波此时相邻两波节(或波腹)间的距离等于半个波长简答题1. 实验中为什么要在超声换能器谐振状态下测量？答：在谐振状态下超声换能器的纵向伸缩幅度大，发射的声波强；接收换能器接收 的声压大，输出的电信号强这样，可以提高测量的灵敏度，较为准确的确定驻波的波节, 有利于准确地测量声波的波长2. 实验中怎样找到超声换能器的谐振频率？答：实验中所使用的超声换能器的谐振频率在30〜40kHz之间，可以通过以下两种方 法找到换能器的谐振频率1) 方法一：根据发射换能器的谐振指示灯调节逆时针调节函数信号发生器的“电源开关幅度调节”(AMPLITUDE POWER)旋钮，调节到 约为最大位置的三分之二。
在输出频率30〜40kHz范围内仔细调节“频率微调” (FINE) 旋钮，使声波发射换能器旁边的指示灯点亮这时，信号发生器的输出频率即为换能器的谐 振频率2) 方法二：根据接收换能器的输出信号调节调节两换能器发射面和接收面之间的距离约为1cm左右，用示波器观察接收换能器的 输出信号，在输出频率30〜40kHz范围内仔细调节函数信号发生器的“频率微调”(FINE) 旋钮，使接收换能器的输出电压信号最大此时，信号发生器的输出频率等于换能器的谐振 频率3. 相位比较法测量声速时，怎样才能在示波器上观察到李萨如图形？选择什么样的 李萨如图形进行测量？答：采用相位比较法进行测量时需要判断相位差，通过示波器观察李萨如图形可以判 断相位差李萨如图形可以由两个相互垂直的简谐振动的叠加形成因此，为了在示波器上 观察到李萨如图形，发射换能器的输入信号和接收换能器的输出信号必须一个作为示波器的“Y”输入，另一个作为“T输入实验中，可以将发射换能器的输入信号接示波器的，Y” 输入；将“拉Y (X)”旋钮拉出，接收换能器的输出信号接“X”输入适当调节Y和Y1 1 2 两个通道的灵敏度选择开关以及“X”和“Y”位移旋钮，可以在示波器上观察到完整的李萨 如图形。
实验中由于输入示波器的是频率严格一致两个信号，因此李萨如图形一般是稳定的 椭圆当相位差为0或n时，椭圆变为倾斜的直线测量时选择判断比较灵敏的直线形李萨 如图形进行测量以某一个直线位置作为测量的起点,相位差每变化n即距离变化半个波长， 李萨如图形从斜率为正或负的直线变为负或正的直线4. 实验中为什么要使换能器发射面和接受面要保持相互平行？答：换能器发射面发出的声波经空气传播到接受面，接受面在接收声波信号的同时反射 部分声波信号当接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射 波在发射面与接受面之间相干涉形成驻波5. 实验中信号发生器和示波器各起什么作用？答：利用信号发生器提供数十千赫兹频率的交流电信号，利用示波器来观察经换能器 接收面产生的电信号波形6. 用共振干涉法和位相比较法测声速有何不同和相同？答：两种测量声速的方法都是利用v = f九来计算声速不同点在于对波长的测量方法 不用，共振干涉法是测量入射声波与反射声波形成的驻波波长；位相比较法是通过比较入射 波和反射波的相位差来确定波长7. 不用波长的声波在相同介质中声速相同吗？为什么？答：相同因为声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是振动状态的传播速 度，它的大小只与媒质的弹性、密度和温度有关，在一定的媒质中，声速为常数。