-15.驻波法测声速.pptVIP

* * 驻波法测声速 实验目的： 用驻波测定空气中的声速 学会用逐差法处理实验数据 实验原理和设计思路： 如何测量声波的 f,λ？如何产生与探测声波？ 声波：机械振动在弹性介质中所激起的机械波就称为声波 声波的特点：纵波 运动物体：根据 v=s /t，测量 s, t 波速： 根据 v=fλ，测量 f,λ 速度的测量： 间接测量 空气中声波：压力波（密度大，压力大） 压力 位移 声波的产生 和接收 压电换能器： 当交流电信号的频率与系统的固有频率相近时，产生共振，电-声转换最好。因此声波的频率等于电信号的频率， f 可由频率计测出。 压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等）。它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T时，在极化方向上产生一定的电场强度E且具有线性关系：可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩，使压电陶瓷片成为超声波的波源。即压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。 波长λ的测定 设沿X轴负向传播的反射波的波动方程为: 设沿X轴正向传播的入射波的波动方程为： 驻波：两列传播方向相反的相同频率，振幅，振动方向的波叠加形成。 驻波的波动方程 这些点的振幅最大, 即为波腹 这些点的振幅始终为零，即为波节。 故知，相邻波腹(或波节)的距离为 。 当： ， 即 k = 0，1，2，3 …… 当 , k = 0，1，2，3 …… 波腹 波节 反射面处为波节，声压最大，L=nλ/2，因此可根据声压的变化确定波节的位置和波长。 S1 S2 波节 波腹 L=2λ 声波在空气中的传播速度取决于空气本身的性质 γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质量，T-绝对温度 在标准状态下，0 oC时，声速为 vo＝331.45m／s，显然在 t oC时，干燥空气中声速的理论值应为 实验仪器： 低频信号发生器：产生交流电信号 毫伏表：测量由声压引起的电信号 数字频率计：测量电信号的频率 屏蔽导线：连接各仪器 声波驻波仪：声波和电信号相互转换。由压电换能系统A和B，游标尺，固定支架组成 实验步骤： 仪器接线柱连接。 接通电源，预热15分钟，置好仪器的旋钮 寻找适当频率（共振频率） 测量波节的位置，共测16个数据。 记录室温 关断仪器电源，整理好仪器和用具。 用逐差法处理实验数据 注意事项： 测量L时，必须轻而缓慢地调节，手勿压游标尺，以免主尺弯曲引起误差。 注意信号源不要短路，以防烧坏仪器。 放置各仪器的旋钮时不能用力过猛。 思考题： 在本实验装置中驻波是怎样形成的： 为什么测L时不测量波腹间的距离而测波节间的距离？ 习题 根据测量数据计算声速及其相对误差。 本实验装置可用作温度计吗？如果L的测量精度为 0.002mm， 在频率不变的情况下，能测到的最小温度变化是多少？