声速及转动惯量的测量.ppt

声速测量实验 一、实验目的 三、实验原理： 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。频率在20-20000Hz的声波称为可闻声波。频率超过20000Hz的声波称为超声波。 频率低于20Hz的声波称为次声波。测量声速的方法有：驻波方法、相位比较法。 1、用驻波法（共振干涉法）测量空气中超声波的速度 2、了解超声波产生的基本原理 3、熟习示波器的使用和调节 4、学会用逐差法处理实验数据 二、实验仪器：超声声速测量仪、信号发生器、示波器 发射器 λ/2 接受器 波腹 波节 产生超声波的器件为超声换能器，其核心部件是压电陶瓷。它可利用逆压电效应和压电效应产生、接受超声波。压电陶瓷有一个谐振频率f0，当换能器作为超声发生器时，输入电信号的频率等于谐振频率f0时，换能器产生的信号最强，此时输入电信的频率可认为就是超声波产生的频率f。 所以声源振动频率f可由信号发生器直接读出； 用共振干涉法测出。 即，声速测量实验值： 实际上，空气中声速的大小与声波的频率无关，仅决定于媒质的性质，其温度是影响空气中声速的主要因素。声波在空气中传播的速度的理论值为： U0为 的声速，Ut为了 的声速理论值。 实验装置： 摇手鼓轮移动S2，可以连续改S1S2=L的大小，当两能换器之间的距离每改变 时，示波器将周期性地显示波形幅度的强弱交替变化（波腹或波节）。通过实验读数装置测出每次出现波腹（或波节）时接受器S2的坐测标位置xi，则得出超声波的波长λ，再代入上式计算出超声波在空气中传播的波速的实验值U。 。 信号源 示波器 xi S1发射 S2反射 L 四、实验步骤： 1、测量室温t= ,用于计算声速的理论值Ut。 2、调节两声能转换器的位置，使两端面平行，相距在2.5–3cm且与标尺垂直。 3、接受器S2与示波器中的通道CH1连接，发射器S1与信号发生器连接。使输出电压10V，信号发生器的输出信号选择正弦波形，输出频率等于压电陶瓷标示出的谐振频率f0 。 4、测量时两声能转换器间距必须从大于2.5厘米开始测量。转动手轮观察示波器显示波形幅度的变化，当波形幅度达到最大时信号源输出的频率即为接受器S2的谐振频率，以示接受器S2位于波腹的位置。　 示波器 信号源 xi 5、改变接受器S2的位置并观察示波器中信号的变化情况。测出在示波器中出现幅度最大时接受器S2所在的位置坐标xi。转动手轮，从左到右连续测8个波腹的位置Xi右，再从右到左对该8个波腹位置再次测出Xi左，每个波腹的位置为： 。用逐差法处理数据，得出超声波的波长值。 注意：为了消除读数系统齿轮的回程误差，在测量8个波腹位置的过程中手轮中途不能倒转。 L 声压驻波分布 声压 由于空气对声波的吸收，实际测量中S1S2此之间的波腹电压幅度随两能换器的距离增大而减小 6、记录信号发生器产生的频率f，由上述原理可得此实验产生的超声波在空气传播中的波速。 五、数据处理及误差计算：波长采用逐差法处理。 序号 频率f(KHz) S2位置改变坐标xi (mm) 波速 (m/s) Xi（左） Xi（右） 1 ?x1 理论值Ut 2 ?x2 3 ?x3 4 ?x4 5 实验值U 6 7 8 备注 相对误差： 环境温度：t=_______ °C 扭摆法测定物体转动惯量 转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度.它与刚体的总质量、质量的分布和转轴的位置有关.如果刚体形状简单，且质量分布均匀，可直接计算出它绕特定轴的转动惯量。但在工程实践中，我们常碰到大量形状复杂，且质量分布不均匀的刚体，理论计算将极为复杂，通常采用实验方法来测定。 1.熟悉扭摆的构造、使用方法和转动惯量测量仪的使用； 2.用扭摆测定不同形状物体的转动惯量I和弹簧的扭摆常数K，从而计算出刚体的转动惯量，并与理论值比较。 3．验证转动惯量平行轴定理。 一、实验目的 转动惯量测试仪、金属载物盘、塑料圆柱体、金属圆筒、塑料球、金属细杆、两块金属滑块、电子台秤、三角尺、卡尺。 二、实验仪器 塑料圆柱体 实心球体 周期测定仪 空心金属圆柱体 扭摆 游标卡尺 金属杆 滑块 光电探头 夹具 电子秤 挡光杆 卷尺 三角尺 螺旋弹簧 转动轴 载物盘 气泡水平仪 水平调节螺钉 本实验使螺旋弹簧产生的恢复力矩M，驱驶待测物体作简谐振动。通过测定待测量物体的摆动周期T和弹簧的扭摆系数K，从而计算出刚体的转动惯量I。 三、实验原理 若待测物体作θ角度的摆动，则物体所受力矩为M。 K为弹簧的扭转系数 由转动定律： 此方程解 可证明待测物体作 的简谐振动。 此简谐振动的周期为： 所以只要测得物体扭