声速测量实验报告

声速测量实验 超声波测声速 一 实验目的: (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解， (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度， (3)了解压电换能器的工作原理，进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示 波器观测物理的综合运用能力。 二 实验仪器: 双踪示波器一台，信号发生器一台,测试仪一台，同轴电缆若干。 三 实验原理 4声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×10Hz的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形，其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量，结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ × f λ=2X v = 2X × f 原理图示1(驻波法原理图) (二)相位法测量声速基本原理 (1) 简谐振动正交合成的基本原理， (2) 利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。 四 实验内容与步骤 (一)驻波法测声速 实验连线图示1(驻波法) (1) 了解测试仪的基本结构，调节两个换能器的间距5cm左右。 (2) 初始化示波器面板获得扫描线。 (3) 按图示1正确连线，将示波器的扫描灵敏度与通道1垂直灵敏度旋钮分 别调至适当档位，缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置 (示波器显示波形幅值最大)。 (4) 依次调节信号源的频率粗、细调旋钮，同时观察示波器显示波形幅值变 化情况，幅值最大时所对应的频率即为谐振频率f，将f数值记录于(表 一)。 (5) 逆时针方向转动换能器平移鼓轮至两换能器端面距离约5厘米左右，确 定所选第一个波腹的位置并初始化数显读数标尺。 (6) 缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹(节)位置(示波器显 示波形幅值最大)并记录相应的数显标尺读数于(表一)。 (7) 重复步骤7连续记录14个波腹(节)的位置读数并记录于(表一)。 (8) 实时记录环境温度与SV8输出电压幅值V。 (二)相位法测声速 (1) 保持驻波法连线不变，另用一根电缆线连接信号源的发射波形接口与示波器通道2输入端口。 (2) 调节示波器扫描旋钮至正交档，逆时针方向转动换能器平移鼓轮观察不同相位差时的李萨如图形(斜线、椭圆、圆)。当两换能器端面距离约5厘米时停止转动。 (3) 缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮，当示波器显示一正(反)斜线时停止转动换能器平移鼓轮并初始化数显读数标尺。 (4) 缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮，当示波器显示一反(正)斜线时 停止转动换能器平移鼓轮并将此时的数显标尺读数记录于(表二)。 (5) 重复步骤4记录14个反(正)斜线波形的位置读数并记录于(表二)。 (6) 实时记录环境温度与SV8输出电压幅值V。 (7) 结束实验归整仪器。 五 原始数据记录表(此表学生课前完成并绘于预习报告中) 表一 驻波法测量声波传播速度记录表 次数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 n 读数0 4.84 9.74 14.2 19.5 24.7 28.1 33.8 43.0 48.3 52.3 57.4 62.5 67.6 mm 备 f,36805赫兹 V,16 伏 T=32.4摄氏度 注 表二 相位法测量声波传播速度记录表(正反斜线法) 次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数n 图 形 形 状 标 尺 读0 4.80 9.72 14.50 19.42 24.28 29.01 34.03 38.65 43.62 48.48 53.10 57.96 62.69 数 mm 备 f, V, T= 注 七 实验数据处理与实验结果 1 原始数据见原始数据记录纸， 2 数据处理采用的具体方法:列表法与逐差法 3 数据处理与实验结果 输入频率: _36761Hz， 0.3Hz ,环境温度:30.0?C，电压15伏) f,,,ft,测量次数 xxxxxxxxxx0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 最大振幅 3.11 7.76 12.59 17.27 22.05 26.65 31.39 36.00 40.82 45.68 位置mm xx,ii，5,x)/5 (x,x)/5 (x,x)/5 (x,x)/5 (x,x)/5 (x5061728394,,xj5 ,1Vfms,,,,,,,,,2xmm ,,xmm实 22,,,,,,,,fVE相对不确定度 ,,，,,,,,V,Vf实,,,, ,1,1 ,,,,,VEmsVms,,,, ，，实实VVV t,1 Vms,，,,331.51理 T0 实验结果: ,1Vms,,,,，， 实V 实测值与理论计算值之间的百分误差: VV,理实 E,，100%,VV理