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1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：声波衰减系数的测量学院：信息工程学院 专业班级: 学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间： 第x周x周下午16 : 00一、实验目的：(1)学会测定声波在空气中声强衰减系数。(2)进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。二、实验原理：(1)声强与声压之间的关系声波在介质彳播过程中，其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为声波的衰减。声功率是 指声源在单位时间内辐射的总声能量，常用 W表示，单位为瓦。声功率是表示声源特性的一个物理量， 声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，引起的噪声越强。声强是指在声场中垂直于声 波传播方
2、向上，单位时间内通过单位面积的声能，常以I表示，单位为瓦/平方米。声波在媒介中传播时，声强衰减如下式所示：1d 1 0e 弓式中I 0表示入射初始声强，Id为深入媒质d距离处的声强，为衰减系数。目前，在声学测量中，声强和声功率通常不易直接测量，往往要根据测出的声压通过换算来求得， 故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发生变 化。在声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某一瞬间介质中 的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为P,单位是帕斯卡。在自由声场中，声波传播方向上某点声强I与声压P、媒介特性阻抗Z存在如下关系
3、：2Z(2)声压与电压关系超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。 压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钢)，在一定 的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力 F时，在极化方向上产生一定的电场强度 E。它们之间有一简单的线性关系 E gFo反之，当在压电材料的极化方向上加电场E时，材料的伸缩形变S与电场E也有线性关系S kE,比例系数g、k称为压 电常数，它与材料性质有关。由于E和F、S和E之间具有简单的线性关系，因此，能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度 的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源。反过来，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷
4、片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超声波频率比较单纯，方向性强，基本上是 个平面波，这对于提高测量的精密度是有利的。P kU(3)衰减系数的确定由声强与声压的关系：I P22Z在声波传播时，声强衰减如下式所示：Id I 0e d声压与电压关系P kU22 dU d U0 e对其两边取对数则有:2，、2lnUd d lnU02式中为 为我减系数，可看出电压对数的两倍 2lnUd与衰减系数 成线性关系。若测得n组电压数值， 作如上处理。(1)式求得斜率即求得衰减系数。三、实验仪器：声速测定仪、数字示波器、函数信号发生器、信号连接线。四、实验内容和步骤：1、调节信号源(约37kHz),
5、示波器至最佳状态信号源频率处于换育谭共振频率附近，示波器显示信号波形大小合适，位置居中。2、将接收换育需从相距发射器40mm左右开始往后移动，连续捕捉极大电压峰值，并 记下各自相应的峰峰电压值和接收换育谭位置。五、实验数据与处理：次数峰值距离(mm)峰值电压(V)2lnU次数峰值距离(mm)峰值电压(V)2lnU144.66310.34.66428781195.7403.842.6909447249.3308.644.312805212100.3733.722.6274473358.6436.403.712596013105.0503.522.5169220463.3535.603.44553
6、3214109.7183.202.3263016568.8965.123.266308915114.4503.162.3011440672.5384.563.034645216119.8953.042.2237150777.0954.523.017024017124.4602.882.1155806882.8364.322.926510818128.3962.802.0592388986.6123.842.690944719133.0702.722.00126381091.0183.962.752488120138.7302.481.8165171由上表中数据绘出2LnU-d图,如下图所示:2LNU-D（频率约为 37KHZ）5由上图可知，2lnU-d基本上显示线性关系，符合公式2lnUd d lnU。2,同时，计算机直接计算出相应的拟合值即衰减系数为：=-0.0255六、实验总结：1、根据所做的散点图，发现图形中后部分拟合效果最好，如老师所述 40120左右测量较为稳定，所以在实验时选择起始位置时不能太靠前亦不能太靠后；2、示波器读数不稳定，应在其适当稳定时读取所看到的最大值，这样读取数据可以减小误差；3、在测量过程中，可能出现随着 d的增大，电压反而反向增加的情况。可能原因是在 移动过程中，信号源的发射频率发生变化，应当将频率控制在电压转换器的固有频率。七、附上原始数据
