聲速測量實驗報告

　　(1)加深對駐波及振動合成等理論知識的理解，

　　(2)掌握用駐波法、相位法測定超聲波在媒介中的傳播速度，

　　(3)了解壓電換能器的工作原理，進一步熟悉示波器的使用方法提高運用示波器觀測物理參數(shù)的綜合運用能力。

　　二 實驗儀器：

　　雙蹤示波器一臺，信號發(fā)生器一臺,測試儀一臺，同軸電纜若干。

　　三 實驗原理

　　聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的縱波。對超聲波(頻率超過2×10Hz的聲波)傳播速度的測量在國防工業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科學(xué)與醫(yī)療衛(wèi)生各領(lǐng)域都具有重大的現(xiàn)實意義。實驗室常用駐波法和相位法進行測量。

　　(一)駐波法測量聲速基本原理

　　如圖所示為兩列同頻率、同振幅、振動方向平行且相向傳波的機械波在媒介中形成的駐波波形，其波腹間距與波節(jié)間距均為半個波長。通過對波腹(節(jié))間距X的測量便可實現(xiàn)對波長λ的間接測量，結(jié)合對駐波諧振頻率f的測量便可間接求算聲波的傳播速度v。

　　v = λ × f λ=2X v = 2X × f

　　原理圖示1(駐波法原理圖) (二)相位法測量聲速基本原理

　　(1) 簡諧振動正交合成的`基本原理，

　　(2) 利用李薩如圖形的相位差特點間接測量聲速的基本原理。

　　四 實驗內(nèi)容與步驟

 　　(一)駐波法測聲速

　　實驗連線圖示1(駐波法)

　　(1) 了解測試儀的基本結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)兩個換能器的間距5cm左右。 (2) 初始化示波器面板獲得掃描線。

　　(3) 按圖示1正確連線，將示波器的掃描靈敏度與通道1垂直靈敏度旋鈕分別調(diào)至適當(dāng)檔位，緩慢順時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪至駐波波腹位置(示波器顯示波形幅值最大)。

　　(4) 依次調(diào)節(jié)信號源的頻率粗、細調(diào)旋鈕，同時觀察示波器顯示波形幅值變化情況，幅值最大時所對應(yīng)的頻率即為諧振頻率f，將f數(shù)值記錄于(表一)。

　　(5) 逆時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪至兩換能器端面距離約5厘米左右，確定所選第一個波腹的位置并初始化數(shù)顯讀數(shù)標(biāo)尺。

　　(6) 緩慢順時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪至駐波波腹(節(jié))位置(示波器顯示波形幅值最大)并記錄相應(yīng)的數(shù)顯標(biāo)尺讀數(shù)于(表一)。

　　(7) 重復(fù)步驟7連續(xù)記錄14個波腹(節(jié))的位置讀數(shù)并記錄于(表一)。

　　(8) 實時記錄環(huán)境溫度與SV8輸出電壓幅值V。 (二)相位法測聲速

　　(1) 保持駐波法連線不變，另用一根電纜線連接信號源的發(fā)射波形接口與示波器通道2輸入端口。

　　(2) 調(diào)節(jié)示波器掃描旋鈕至正交檔，逆時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪觀察不同相位差時的李薩如圖形(斜線、橢圓、圓)。當(dāng)兩換能器端面距離約5厘米時停止轉(zhuǎn)動。

　　(3) 緩慢順時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪，當(dāng)示波器顯示一正(反)斜線時停止轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪并初始化數(shù)顯讀數(shù)標(biāo)尺。

　　(4) 緩慢順時針方向轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪，當(dāng)示波器顯示一反(正)斜線時停止轉(zhuǎn)動換能器平移鼓輪并將此時的數(shù)顯標(biāo)尺讀數(shù)記錄于(表二)。

　　(5) 重復(fù)步驟4記錄14個反(正)斜線波形的位置讀數(shù)并記錄于(表二)。

　　(6) 實時記錄環(huán)境溫度與SV8輸出電壓幅值V。

　　(7) 結(jié)束實驗歸整儀器。

　　五 原始數(shù)據(jù)記錄表(此表要求學(xué)生課前完成并繪于預(yù)習(xí)報告中)

　　表一 駐波法測量聲波傳播速度記錄表

　　表二 相位法測量聲波傳播速度記錄表(正反斜線法)

　　七 實驗數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)果

　　1 原始數(shù)據(jù)見原始數(shù)據(jù)記錄紙，

　　2 數(shù)據(jù)處理采用的具體方法：列表法與逐差法

　　3 數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)果

　　輸入頻率：f _36761Hz， f0.3Hz ,環(huán)境溫度：t30.0°C，電壓15伏)

　　實驗結(jié)果：

　　V實V

　　ms1

　　實測值與理論計算值之間的百分誤差：

　　EV

　　實V理

　　V100%

　　理

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