[物理]声速测量.ppt

由于空气实际上并不是干燥的，总是含有一些水蒸气，经过对空气越来越多摩尔质量M，比热比的修正，在温度为t、相对湿度为r的空气中。声速为 实验内容 在用相位比较法时，将信号源的发射端的发射波形与示波器的CH1（Y）相连，接收端的接收波形与示波器的CH2（X）相连，即可利用李萨如图形观察发射波与接收波的相位差。适当调节y轴和x轴的灵敏度，就能获得比较满意的李萨如图形。对于两个同频率互相垂直的谐振动的合成，随着两者之间相位差从0→2π变化，其李萨如图形由斜率为正的直线变为椭圆，再由椭圆变到斜率为负的直线。记录游标尺上读数时，应选择李萨如图形为斜率相同的直线时所对应的位置。 (1) 测量波长：转动距离调节鼓轮，连续地移动发射端的位置(向前或者向后，必须是—个方向)， 每移动一个波长，就会重复出现斜率正（或负）的直线图形。测量相继出现10个斜率正（或负）的直线图形时相应的各接收面的位置si(i=0,1,2, ．．．,9)，波长，用逐差法处理数据；（2）从信号发生器上读出频率值，由求出声速。 干涉法与相位法测声速时，测试方法设置在连续波方式。 因声速还与介质温度有关，故要记录下实验时的介质温度t?C。声速在标准大气压下与传播介质空气的温度关系为： 实验数据记录及处理 实验数据记录及处理 思考题 1. 用逐差法处理数据的优点是什么？ 2.用相位法测波长时，我们用的是李萨如图形的正斜率点，其它相位点是否可用？ * 声速测量 物理实验中心 实 验 目 的 1、学习在超声中用相位比较法测量 声速的方法; 2、掌握相关仪器（示波器、信号发生器、 频率计等）的使用知识 目 录 一、声速的特点 二、声速的实验原理 三、声速的测量原理 ——相位法 四、实验仪器 五、实验内容及现象 六、有关声波研究的应用和发展 1.声速测量仪 2.传感器 3.示波器 4.信号发生器 一、声速的特点 频率在20～20000Hz的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波。声波是一种机械波。频率超过20000Hz的声波称为超声波。声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，只取决于空气本身的性质，因此有 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 下一页 由此可见，气体中的声速 v 和温度 T 有关，还与比热比 γ 及摩尔质量 μ 有关，后两个因素与气体成分有关。因此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。 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 由此我们也可以想象，在极地和赤道声音传播的速度是不同的 。 返回 式中Ps为室温时的饱和蒸气压。P 为一个大气压。 二、实验原理 本实验是对超声波波速的测量。测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率 f 和波长 λ 之间的基本关系，即 v=f λ 测出声振动频率 f 和声波的波长 λ，就可算出声波的波速 v。当然这仅仅是一种最简便的近似测量。 实验室中常利用，用振幅法、相位法测定波长λ ，由函数发生器或示波器直接读出频率 f。 波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同(同相: 相位差为0)或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，即 l = n λ (n为一正整数) 利用这个公式可测量波长。 相位法又可分为行波法和李萨如图形法。 下一页 三、测量原理-相位法 李萨如图法 位相法的另一种测量方法是李萨如图法 当两路信号同时输入输入示波器时，荧光屏上 将显示出两个同频率相互垂直的谐振动的叠加 图形—李萨如图 两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 。 返回 三、实验仪器 本实验使用的仪器主要有：声速测量仪、 函数发生器和示波器。 声速测量仪由：超声压电陶瓷换能器、带有标尺的底座和读数装置构成，用来作声压与电压之间的转换，以及波长的测量。 函数发生器用来产生超声波； 示波器用来观察超声波的振幅、相位和频率。 三、实验仪器 数字示波器：UTD2102CEL 声速测定仪：SV4 信号源： SV5 1.声速测量仪 返回 轮移动数显游标卡尺可精密地调节两换能器之间的距离L。 超声换能器的头部系用轻金属铝大致做成喇叭