声速测量北京化工大学.pptx

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1、声速测量北京化工大学声速测量北京化工大学 声声速速的的测测量量方方法法可可以以分分为为两两大大类类。一一类类是是根根据据运运动动学学理理论论v=L/t，通通过过测测量量传传播播距距离离L和和时时间间间间隔隔t得得到到声声速速v；另另一一类类是是根根据据波波动动理理论论v=f，通通过过测测量量声声波波的的频频率率f和和波波长长得得到到声声速速v。第1页/共14页1.学学会会用用共共振振干干涉涉法法和和位位相相法法测测量量超超声声波在空波在空气气中的中的传传播速度。播速度。2.学会学会使用示波器和信使用示波器和信号发号发生器。生器。3.加强加强对驻对驻波及振波及振动动合成等理合成等理论论的理解。的

2、理解。一、实验目的一、实验目的二、实验仪器二、实验仪器声速测量仪、示波器、信号发生器等。声速测量仪、示波器、信号发生器等。第2页/共14页仪器简介仪器简介仪器简介仪器简介1 1、超超声声声声速速测测定定仪仪:主主要要由由两两个个超超声声压压电电换换能能器器和和游游标标卡卡尺尺组组成成；超超声声压压电电换换能能器器可可以以实实现现声声压压和和电电压压之之间间的的相相互互转转换换，分分别别用用于于发发射射和和接接收收超超声声波波；游游标标卡卡尺尺用用来测量声波发射面和接收面之间的距离。来测量声波发射面和接收面之间的距离。2 2、函函数数信信号号发发生生器器：提提供供适适当当频频率率的的正正弦弦电电

3、信信号号给给压压电电换能器来发射超声波。换能器来发射超声波。3 3、双踪示波器：、双踪示波器：（1 1）观察和测量接收换能器将声压转换成的电信号）观察和测量接收换能器将声压转换成的电信号；（2 2）观观察察发发射射电电信信号号和和接接收收电电信信号号两两个个相相互互垂垂直直简简谐谐振动叠加产生的李萨如图形，测量相位差。振动叠加产生的李萨如图形，测量相位差。第3页/共14页 由由波波动动理理论论可可知知，波波速速与与波波长长、频频率率有有如如下下关关系系：v=f，只只要要知知道道频频率率和和波波长长就就可可以以求求出出波波速速。本本实实验验通通过过低低频频信信号号发发生生器器控控制制换换能能器器

4、，信信号号发发生生器器的的输输出出频频率率就就是是声声波波频频率率。声声波波的的波波长长用用共共振振干干涉涉法法（驻驻波波法法）和和相相位位比比较较法法（行行波法波法,李李萨萨如如图图形形法法）测测量量。三、三、原理原理（1 1）驻波法测波长驻波法测波长 由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：第4页/共14页 叠叠加后合成波加后合成波为为：相邻两波腹（或波节）的相邻两波腹（或波节）的距离均为距离均为（2 2）相位比较法相位比较法 a a、行波法行波法 直接比较发射器直接比较发射

5、器S1S1的信号和接收器的信号和接收器S2S2的信号，的信号，S1S1 输入到输入到Y1Y1与地之间，与地之间，S2S2输入到输入到Y2Y2与地之间。示波与地之间。示波 器上出现器上出现 第5页/共14页 两个两个波形，波形，当当移移动动S2S2时时，相，相应应的波形也的波形也发发生生变变化，化，而而与与S1S1相相应应的波形不的波形不动动。因此，在移。因此，在移动时动时，总总可可以找出一系列同相点（以找出一系列同相点（极极大大值对齐极值对齐极大大值值，极极小小值对齐极值对齐极小小值值），），两两点之点之间间的的间间隔隔为为 。b b、李李萨萨如如图图形形法法 从换从换能器能器S1发发出的超出

6、的超声声波到波到达达接收器接收器S2，所以所以在同一在同一时时刻刻S1与与S2处处的波有一相位差：的波有一相位差：其中其中 是波是波长长，x为为S1和和S2之之间间距离距离)。因。因为为x改改变变一一个个波波长时长时，相位差就改，相位差就改变变 。利用李利用李萨萨如如图图形就可以形就可以测测得超得超声声波的波波的波长长。第6页/共14页反向点和同相点的判断图形反向点和同相点的判断图形第7页/共14页四四、实验步骤实验步骤（1 1）超声声速测定仪）超声声速测定仪:游标卡尺读数精度游标卡尺读数精度0.010.01mmmm，按下黄键复零，调节蓝键，使显示按下黄键复零，调节蓝键，使显示mmmm，测量之

7、前一定要复位。测量之前一定要复位。（2）从两换能器相距）从两换能器相距1cm左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器上的接收信号的变化情况，记下第左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器上的接收信号的变化情况，记下第1、2、3、12个出现正弦波极大值时接收换能器的位置即游标卡尺的读数个出现正弦波极大值时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、L12。（3 3）同上，出现同上，出现同相点（极大值对齐极大值，极小值对齐极小值）时，同相点（极大值对齐极大值，极小值对齐极小值）时，记下游标卡尺的读数。记下游标卡尺的读数。（4 4）观察示波器上李萨如图形的变化情况，记下出现直线时游标卡

8、尺的读数观察示波器上李萨如图形的变化情况，记下出现直线时游标卡尺的读数L1L1、L2L2、L3L3、L12L12。第8页/共14页次数次数L Li i(mmmm)i i=1/3=1/3L Li+6i+6-L Li i123456789101112 实验结果：实验结果：V V实验值实验值 =m m/s s.驻波法驻波法数据处理数据处理 f f =_=_kHzkHz 室温室温 t t=_=_ V V理论值理论值=_=_m m/s s第9页/共14页 （6）先找到共振频率）先找到共振频率f0驻波法驻波法方式方式“Y2”,内触发内触发“Y2”行波法行波法方式方式“交替交替”,内触发内触发“Y1”李萨如

9、法李萨如法“X-Y”（5）记记下下室室温温t，根根据据声声速速的的理理论论公公式式计计算算t时时声声速的理论值：速的理论值：式式中中：T=(t+273.15)K;V0=331.45m/s(为为T0=273.15K时的声速时的声速)。V的单位为的单位为m/s。第10页/共14页1、确保确保换换能器能器S1和和S2端面的平行，端面的平行，信信号发号发生器的生器的输输出端出端严严防防“短路短路”。2 2、使用游使用游标标尺尺测测量移量移动动距离距离时时，必，必须轻须轻而而缓缓慢地慢地调节调节，手勿，手勿压压游游标标尺。尺。3 3、信信号发号发射器的信射器的信号输号输出幅度不要出幅度不要过过大，避免大

10、，避免仪仪器器过热过热而而损损坏。坏。4 4、实验时实验时要使函要使函数数信信号发号发生器的生器的输输出出频频率等于率等于换换能器的能器的谐谐振振频频率，率，并并且在且在实验过实验过程中保持不程中保持不变变。五、五、注意事注意事项项第11页/共14页1 1、按、按讲义讲义要求，分要求，分别处别处理三理三组数组数据：据：数数据据处处理要求：理要求：利用误差传递公式。利用误差传递公式。直接测量算术平均值的实验标准差直接测量算术平均值的实验标准差n5其中其中第12页/共14页 2 2、计算声速理论值与实验值的百分误差、计算声速理论值与实验值的百分误差。间接测量量的实验标准误差间接测量量的实验标准误差(P1314)第13页/共14页感谢您的观看！感谢您的观看！第14页/共14页