大学物理实验——声速测量.ppt

实验内容与测量 声速的理论值计算公式： 温度t= 位置 次数 x1/mm x2/mm x3/mm X4/mm 1 2 3 4 5 平均值Xi 工作频率f= 驻波法声速测量记录表格 【注意事项】 注意： 每次测量的4个坐标必须在相同的位置，测量时鼓轮必须同方向旋转。避免回程差引起的误差。 华北水利水电学院　大学物理实验中心 华北水利水电学院　大学物理实验中心 声速的测量 物理实验中心 声速测定仪 数字示波器 Y轴灵敏度 垂直位置旋钮 开启/关闭通道 主菜单显示键 主菜单隐藏/显示键 扫描速率旋钮 触发菜单键 触发调节 水平浏览键 储存读取 自动搜寻信号 信号发生器 电源开关 显示屏 控制键盘 调节旋钮 输出端A、B 实验原理 由波动理论得知，声波速度v与声波频率f、波长λ之间关系为v=f λ。 v=f λ 所以只要测出声波的频率和波长，就可以求出声速。其中声波频率可由控制声波频率的信号发生器测出，波长则可用驻波法或行波法进行测量。 1.超声波产生和接收的原理 本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压与电压之间的转换，从而实现对超声波在空气中的传播速度这一非电学量的电测。 压电陶瓷片利用压电材料的逆压电效应，从而发出超声波。利用压电材料的压电效应把声波信号转化为电信号。 1） 驻波法 由发射端S1发出的声波传播到接收端S2，S2在接收声波信号的同时反射部分声波信号。如果接收面与发射面严格平行，入射波会在接收面上垂直反射，然后波将在两个端面间来回反射并且叠加。改变接收器与发射源之间的距离x，在一系列特性的距离上，空气中会出现稳定的驻波共振现象。 2.声速测量原理 共振驻波的形成 当发射端和接收端之间的距离X恰好等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。通过压电转换，示波器显示波形的振幅最大。 因此，若保持频率不变，通过移动接收端S2，测量相邻两次示波器信号达到极大值时S2的移动距离△x,即可得到该声波的波长，再用v=f λ即可计算出声速 共振干涉法（驻波法） S1发射 S2反射 干涉而成驻波 L L p 波腹 波节 S2表面声压与其位置的关系 结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为λ/2 2）行波法（相位比较法或李萨如图形法） S1发射 S2反射 干涉而成驻波 L 声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的。但它和声源的振动相位差Δj不随时间变化。 S1接X通道,S2接Y通道，移动S2,得到如下李萨如图形： 结论：每次出现重复图形S2移动的距离为△x 华北水利水电学院　大学物理实验中心 华北水利水电学院　大学物理实验中心