《聲速的測(cè)定》實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及報(bào)告

1/1《聲速的測(cè)定》實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及報(bào)告××高校試驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

（××組）

××學(xué)院××系××專業(yè)

××級(jí)××姓名××學(xué)號(hào)××日期

試驗(yàn)七:聲速的測(cè)量

一:試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用極值法和位相法測(cè)量空氣中的聲速

2.把握用電聲換能器進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換的測(cè)量方法

3.學(xué)會(huì)用逐差法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)示波器的應(yīng)用

二:試驗(yàn)儀器

SV6型超聲速測(cè)量組合儀,SV5型聲速測(cè)定專用信號(hào)源,雙蹤示波器

三:試驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)記錄

1.確定儀器組最佳工作頻率f

2.將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動(dòng)S2找出接受波形的最大值，記錄幅度為最大值時(shí)的距離；登記S2位置x0,調(diào)整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個(gè)點(diǎn)，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個(gè)數(shù)據(jù)即可得到接受波長(zhǎng)?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設(shè)置為“x-y”

方式。適當(dāng)調(diào)整示波器，消失李薩茹圖。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動(dòng)S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測(cè)定取其平均值即可得到波長(zhǎng)?

v=

數(shù)據(jù)表格：

試驗(yàn)前t1=℃試驗(yàn)后t2=℃

f·?

××高校試驗(yàn)報(bào)告

（××組）

××學(xué)院××系××專業(yè)

××級(jí)××姓名××學(xué)號(hào)××日期

試驗(yàn)七:聲速的測(cè)量一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.用極值法和位相法測(cè)量空氣中的聲速

2．把握用電聲換能器進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換的測(cè)量方法

3.學(xué)會(huì)用逐差法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)示波器的應(yīng)用二．試驗(yàn)儀器

SV6型超聲速測(cè)量組合儀,SV5型聲速測(cè)定專用信號(hào)源,雙蹤示波器三．試驗(yàn)原理

1．駐波法測(cè)聲速

壓電陶瓷換能器S1作為聲波放射器，它由信號(hào)源供應(yīng)頻率37KHz左右的溝通電信號(hào)，由逆壓電效應(yīng)發(fā)出一平面超聲波，形成沿X方向傳播的平面縱波，該縱波在傳播過(guò)程中遇到作為聲波接收器的聲波換能器S2，S2接受聲波信號(hào)的同時(shí)放射部分聲波信號(hào)，假如接受面S2與S1嚴(yán)格平行，入射波即在接受面上垂直反射，入射波與放射波相

干涉形成駐波，正壓電效應(yīng)將接受到的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)輸入示波器，在示波器上可以看到一組由聲壓信號(hào)產(chǎn)生的正弦波形，實(shí)際上是兩個(gè)相干波合成后在接收器S2處的振動(dòng)狀況，移動(dòng)S2位置，由于聲波傳播的阻尼衰減，在示波器上顯示會(huì)發(fā)覺(jué)當(dāng)S2在某些位置時(shí)，振幅會(huì)有駐波衰減變化的最小值或最大值。

x??設(shè)聲源S1方程為：X?Acos2??ft????0(1)?????

x??S2反射波的方程為：Y?Bcos?2??ft????1?(2)???

兩波產(chǎn)生干涉時(shí)，他們的合振動(dòng)方程S?X?Y?((A?B)cos2?)cos2?ft(3)x

?

上式為駐波方程，當(dāng)x??n?

2，?1??0?0時(shí)兩波的位相相同，兩

波的疊加使得振幅最大，振幅為(A?B),稱為波腹；當(dāng)x??(2n?,?1??0??時(shí)兩波位相相反，疊加使得振幅最4?

?小，為A?B，這些點(diǎn)稱為波節(jié)，兩相鄰波腹或波節(jié)的距離為，2

即半波長(zhǎng)。在連續(xù)多次單方向測(cè)量相隔半波長(zhǎng)的S2的位置變化及聲波頻率

2.相位法測(cè)聲速

設(shè)聲源S1的方程為X距聲源x處S2接收到?Acos(wt???)，f，按逐差法算出波長(zhǎng)?，便可按v??f求出聲速。

的振動(dòng)為X?Bcos(wt??2)，兩處振動(dòng)的相位差?????????2?fx/v，通過(guò)測(cè)量相位差可以測(cè)得聲速v。當(dāng)把S1和S2的信號(hào)分別輸入到示波器的X軸和Y軸，這是垂直方向兩列正弦波的疊加，其合成的振動(dòng)方程為橢圓方程：

X2Y22XY2??cos(?2??1)?sin(?2??1)(4)A2B2AB

由(4)式，當(dāng)?2??1?0，兩振動(dòng)同向，這時(shí)方程變?yōu)椋?/p>

XY2(?)?0(5)AB

B這時(shí)合成的軌跡是一斜率為的直線。當(dāng)?2??1??，兩振動(dòng)反A

B?向，這時(shí)合成的軌跡是一斜率為?的直線。當(dāng)?2??1?時(shí)，A2

X2Y2

合成的軌跡是一橢圓：2?2?1AB

假如?2??1??

合成軌跡如圖：

(6)?2，這時(shí)橢圓運(yùn)動(dòng)方向與上述的相反。

李薩茹圖

當(dāng)移動(dòng)x使得示波器上的李薩茹圖形從一斜率為正的直線又回到原來(lái)的位置時(shí)，也就是x變化了一個(gè)波長(zhǎng)?，便可按v

四:試驗(yàn)內(nèi)容步驟

1.確定儀器組最佳工作頻率??f求出聲速。f

2.將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動(dòng)S2找出接受形的最大值，記錄幅度為最大值時(shí)的距離；登記S2位置x0調(diào)整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個(gè)點(diǎn)，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個(gè)數(shù)據(jù)即可得到接受波長(zhǎng)?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設(shè)置為“x-y”方式。適當(dāng)調(diào)整示波器，消失李薩茹圖。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動(dòng)S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測(cè)定取其平均值即可得到波長(zhǎng)?

五.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

試驗(yàn)前溫度：t1=24.1℃，試驗(yàn)后溫度：t2=24.9℃故取平均溫度為試驗(yàn)時(shí)的溫度：t=1.駐波法：表格如下

=24.5℃

f=38.073KHz

由此，試驗(yàn)測(cè)得聲速為v=f·?=347.61（m?s）

頻率的平均值：

而0攝氏度，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下聲速為v0?331.45(m/s)，環(huán)境溫度t=24.5℃，故理論上的聲速應(yīng)為

=

測(cè)量結(jié)果與理論值的定值誤差為相對(duì)誤差

=346.00（m?s）

=-=1.61（m?s）

=0.47%

與理論值符合的很好

2.相位法：波長(zhǎng)、頻率均取平均值，表格如下

頻率平均值

f?37.724KHz，

?345.55(m/s)?343.14(m/s)?v?vt?2.41(m/s)

聲速v??f而理論值vt

定值誤差?v

?v

相對(duì)誤差?0.70%，更加精確

vt

六．結(jié)果分析及心得