[實驗?zāi)康腯

1.學(xué)習(xí)測量聲波在空氣中的傳播速度
2.進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法
3.復(fù)習(xí)使用逐差法處理數(shù)據(jù)

[實驗儀器]

1.示波器
2.信號發(fā)生器
3.聲速儀

[實驗原理]

聲速V、頻率f和波長λ之間的關(guān)系式為V=fλ。

如果能用實驗方法測量聲波的頻率f和波長λ，即可求得聲速V。

常用的測量聲速的方法有兩種：駐波法和行波法。

駐波法測波長：

由聲源發(fā)出的平面波經(jīng)經(jīng)前方的平面反射后，入射波與反射波疊加，它們的波動方程分別是：

y1=Acos2π(ft-x/λ)y2=Acos2π(ft+x/λ+π)

疊加后合成波為：

y=(2Acos2πX/λ)cos2πft

各點振幅最大，稱為波腹，對應(yīng)的位置：

X=+-nλ/2 n=0,1,2,3……

各點振幅最小，稱為波節(jié)，對應(yīng)的位置：

X=+-(2n+1)λ/4 n=0,1,2,3……

因此只要測得相鄰兩波腹或波節(jié)的位置Xn、Xn-1即可得波長。

相位比較法測波長：

從換能器S1發(fā)出的超聲波到達接收器S2，所以在同一同一時刻S1與S2處有一相位差：Θ=2πx/λ，其中λ是波長，x為S1和S2之間距離。

因為x改變一個波長時，相位差就改變2π，利用李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。

[數(shù)據(jù)表格]

1、測量數(shù)據(jù)填寫下表：以示波器屏上呈現(xiàn)直線時為起點，緩慢移動換能器的位置，依次記錄屏上每次出現(xiàn)直線時所對應(yīng)10個數(shù)值；再緩慢地反方向調(diào)節(jié)，記錄出現(xiàn)直線時所對應(yīng)的10個值。用逐差法處理數(shù)據(jù)，計算出波長。

信號發(fā)生器輸出信號的頻率（單位：Hz）=

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算超聲的波長、聲速，過程如下：
x6-x1=74.51-51.22=23.29 mm
x7-x2=79.19-55.89=23.30 mm
x8-x3=83.78-60.50=23.28 mm
x9-x4=88.47-65.20=23.27 mm
x10-x5=93.10-69.85=23.25 mm
x的平均值=23.278 mm

λ=(2/5)* x的平均值=9.31 mm

v=f* λ=36.49*9.31=339.8m/s

計算后得出波長為（單位：mm）=9.31
聲速為（單位：m/s）=339.8

[分析討論]

1、相位比較法測量聲速時，選擇什么樣的李薩如圖形進行測量？為什么選擇這種類型的圖形？

采用相位比較法進行測量時需要判斷相位差，通過示波器觀察李薩茹圖形可以判斷相位差。李薩茹圖形可以由兩個相互垂直的簡諧振動的疊加形成。因此，為了在示波器上觀察到李薩茹圖形，發(fā)射換能器的輸入信號和接收換能器的輸出信號必須一個作為示波器的“Y”輸入，另外一個作為“X”輸入。

實驗中，可以將發(fā)射換能器的輸入信號接示波器的“Y”輸入，將“Y:X”旋鈕拉出，接收換能器的輸出信號接“X”輸入。應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)Y的兩個通道的靈敏度選擇開關(guān)以及“X”和“Y”位移旋鈕，可以在示波器上觀察完整的李薩如圖形。實驗中由于輸入示波器的是頻率嚴(yán)格一致兩個信號，因此李薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0或π時，以某一個直線位置作為測量的起點，相位差每變化π即距離變化半個波長，李薩如圖形從斜率為正或負的直線變?yōu)樨摶蛘闹本€。

2、形成駐波的條件是什么？兩壓電換能器的端面為什么要平行？

傳播方向相反的兩列簡諧相干波疊加得到的振動稱為駐波。
形成駐波的條件：兩列傳播方向相反、振動方向相同、頻率相同，在各空間點保持固定的相位差的間諧波相遇產(chǎn)生干涉。
若兩壓電換能器的端面不平行，超聲波在兩不平行平面之間往返反射，入射波與反射波則不平行，得不到兩列傳播方向相反的簡諧相干波，不能產(chǎn)生駐波現(xiàn)象。所以，兩壓電換能器的端面要保持互相平行。

3、在各種不同的介質(zhì)中聲速是否相同？如何測量超聲波在水、油或其他液體中的聲速。

聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度不同。可以利用超聲光柵測定液體中的聲速 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的声速的测量实验报告的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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