声速的测量 pb07013077 朱业俊.doc

实验名称:声速的测量 实验目的:了解超声波的产生、发射和接收的方法，用干涉法（驻波法）和相位法测量声速。 实验原理： （一）为什么选择超声波进行测量。 在弹性介质中，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子。 实验装置 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。 ? ??? 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： 叠加后合成波为： 当时称为波腹 当时，称为波节 因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。 ?? 从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：? = 2?x/?其中?是波长，x为S1和S2之间距离(。因为x改变一个波长时，相位差就改变2?。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 实验记录 实验仪器及规格 YB1638 0.3KHz~3MHz函数信号发生器 游标 量程 30cm 精度0.02mm 实验温度前 22.5℃ 实验后温度22.8℃ 谐振频率 34.65KHz 实验步骤 1检查仪器 2调节超声发生器，使发射平面与游标垂直 3调节超声接收器，使接收面与发射面平行 4连接函数发生器与超声发射器，连接超声接收器与示波器 5调节函数发生器的频率，使示波器上的简谐波产生最大振幅，即发生谐振。找到谐振频率 6改变接受器的位置，用驻波法，相位法测量实验要求的点的坐标，并记录。 7实验数据处理。 实验一 驻波法测量声速 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 游标读数/cm 9.408 9.910 10.420 10.932 11.442 11.948 12.450 12.960 13.472 实验次数 10 11 12 13 14 15 16 游标读数/cm 13.976 14.480 14.992 15.500 16.010 16.518 17.030 实验二 相位法测量声速 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 游标读数/cm 11.952 12.970 13.982 14.994 16.000 17.010 18.022 19.030 20.040 21.048 数据处理 (一)计算实验室温度下声波理论速度 由实验记录 实验温度前 22.5℃ 实验后温度22.8℃ 知 实验平均温度 由273K时空气中声速为 实验室温度下声速理论值 (二)驻波法测量声速的游标读数处理 实验要求 初始测量时,超生发生器与接收器之间要有至少5cm距离.在本次测量时,初始没有做到这一点.所以截取数据5~16来进行处理. 实验次数 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 游标读数/cm 11.442 11.948 12.450 12.960 13.472 13.976 14.480 14.992 15.500 16.010 实验次数 15 16 游标读数/cm 16.518 17.030 波腹间的距离 波腹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 /cm 0.506 0.502 0.51 0.512 0.504 0.504 0.512 0.508 0.51 0.508 0.512 逐差法计算波腹间的距离,即半波长. 将每个波腹间距数据输入ORIGION得到 标准差 在《大学物理实验第一次》中，A类不确定度的 t因子只有 测量10次的对应值，所以对于11个波腹间距就取10个数据的t因子代替。即取 A类不确定度为 B类不确定度为 游标的误差分布为均匀分布,取 置信系数, 又由 学物理实验第一册给出的量程为30cm的游标最大允差为,所以取量程为30cm的游标 误差合成 测量结果