声波衰减系数测量实验报告.doc

南昌大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验（下）_____________ 实验名称： 声波衰减系数的测量_____________ 学院： 信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： __ 实验地点： 基础实验大楼B104 座位号： __ 实验时间： 第1周星期三下午三点四十五分_______ 一、实验目的： 1、熟悉、掌握仪器的使用方法。 2、测出声波在空气中声强衰减系数。 二、实验原理： 1. 声强与声压之间的关系 声波在介质传播过程中,其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为声波的衰减。声功率是指声源在单位时间内辐射的总声能量，常用表示，单位为瓦。声功率是表示声源特性的一个物理量，声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，引起的噪声越强。声强是指在声场中垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能，常以表示，单位为瓦/平方米。声波在媒介中传播时，声强衰减如下式所示： 式中表示入射初始声强，为深入媒质距离处的声强，为衰减系数。 目前，在声学测量中，声强和声功率通常不易直接测量，往往要根据测出的声压通过换算来求得，故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发生变化。在声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为，单位是帕斯卡。在自由声场中，声波传播方向上某点声强与声压、媒介特性阻抗存在如下关系： 2.声压与电压关系 超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡)，在一定的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力时，在极化方向上产生一定的电场强度。它们之间有一简单的线性关系。反之，当在压电材料的极化方向上加电场时，材料的伸缩形变与电场也有线性关系，比例系数、称为压电常数，它与材料性质有关。 由于和、和之间具有简单的线性关系，因此，能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源。反过来，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超声波频率比较单纯，方向性强，基本上是一个平面波，这对于提高测量的精密度是有利的。 3. 衰减系数的确定 由声强与声压的关系: 在声波传播时,声强衰减如下式所示: 　　声压与电压关系 得 对其两边取对数则有： （1） 式中为为衰减系数，可看出电压对数的两倍与衰减系数成线性关系。若测得n组电压数值，作如上处理。（1）式求得斜率即求得衰减系数。 三、实验仪器： 声速测定仪、数字示波器、函数信号发生器、信号连接线 四、实验内容和步骤： 调节信号源，示波器至最佳状态 信号源频率处于换能器共振频率附近，示波器显示信号波形大小合适，位置居中。 将接收换能器从相距发射器30mm左右开始往后移动，连续捕捉波节处峰峰值，并记下各自相应的峰峰电压值和接收换能器位置。 记录数据，制成曲线进行分析。  五、实验数据与处理： 信号发生频率:37.821KHz 次数 峰值距离(mm) 峰峰值电压(mV) 2lnU 1 33.53 2220 15.41 2 37.32 1980 15.18 3 42.02 1760 14.95 4 46.66 1420 14.52 5 51.42 1280 14.31 6 56.06 1140 14.08 7 60.75 980 13.78 8 65.51 900 13.60 9 70.13 860 13.51 10 74.84 800 13.37 11 79.52 740 13.21 12 84.23 720 13.16 13 89.97 680 13.04 14 93.68 660 12.98 15 98.20 620 12.86 16 103.01 600 12.79 17 107.81 580 12.73 18 112.50 580 12.73 19 118.00 560 12.66 20 121.67 540 12.58 21 126.39 520 12.51 22 131.23 500 12.43 23 136.01 460 12.26 24 141.45 440 12.17 2