大学物理实验报告5.docVIP

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【实验题目】声速的测定班级姓名学号

上课日期2015年月日教室房间组号

任课教师签字：最终成绩：

【实验目的】

了解压电陶瓷换能器的功能

了解超声波产生和接收的原理

学会用共振干涉法和相位比较法和时差法测定声速。

【实验原理】

压电传感器的工作原理。

共振干涉（驻波）法测量波长的原理。

相位比较法测量波长的原理。

4.时差法测量声速的原理：声波传播的距离L与传播的时间t存在下列关系：L=V*t，只要测出L和t就可测出声波传播的速度V。通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。

固体中的纵波声速：

铝：C棒=5150m/s，有机玻璃：C棒=1500～2200m/s。

5.固体介质中的声速测量

在固体中传播的声波是很复杂的，它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等，而且各种声速都与固体棒的形状有关，金属棒一般为各向异性结晶体，沿任何方向可有三种波传播。所以本仪器实验时采用同样材质和形状的固体棒。固体介质中的声速测量需另配专用的SVG固体测量装置，用时差法进行测量。实验提供两种测试介质：有机玻璃棒和铝棒。每种材料有长50mm三根样品，只需将样品组合成不同长度测量两次，即可按上面的方法算出声速：

(5-2-11)

图5-2-5测量固体介质中声速的接线图

（1）按图5-2-5连接线路，将测试方法设置到“脉冲波”方式。

（2）将接收增益调到适当位置（一般为最大位置），以计时器不跳字为好。将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上，在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂，再把固体棒放在发射面上，使其紧密接触并对准，然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准，利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。

（3）记录计时器的读数为ti-1(时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出)，固体棒的长度为Li-1。

（4）移开接收换能器，将另1根固体棒端面上涂上适量的耦合剂，置于下面一根固体棒之上，并保持良好接触，再放上接收换能器，这时计时器的读数为ti，固体棒的长度为Li。测量超声波在不同固体介质中传播的平均速度时，只要将不同的介质同时置于两换能器之间就可进行测量。

因为固体中声速较高、固体棒的长度有限等原因，测量所得结果仅作参考。

使用完毕后，用干燥清洁的抹布将测试架、换能器及试件清洁干净。

【实验仪器】

【实验内容】

【注意事项】

1、换能器共振频率在37kHZ左右，先找共振频率，并保持此频率不变，然后测量波长；

2、在操作过程中，换能器S1与S2不能相碰，以免损坏压电晶体，S1与S2距离从约5厘米开始测量。

3、由于声速在空气（或液体）中衰减较大，其振幅随S2远离S1而显著变小，所以，实验中，应配合调节示波器的Y轴放大旋钮。

4、测量时，旋转鼓轮应向同一方向旋转，以避免空程误差。

【实验原始数据】

1.共振频率

KHz

KHz

KHz

室温

【实验数据处理】

计算共振频率（注意：单位，有效数字位数）

计算空气中声速及相对误差。（要求：先代入数据，再得结果。注意：单位，有效数字位数）

理论值：

共振干涉法

i

0

1

2

3

4

波长

5

6

7

声速

相对误差

相位比较法

i

0

1

2

3

4

波长

5

6

7

声速

相对误差

3.计算固体中声速及相对误差

铝块中：==

=

有机玻璃中：==

=

【思考题】

在振幅法(共振干涉法)中，为什么要在波振幅为极大时进行测量？在相位法中，为什么要在李萨如图形呈直线时进行测量？

【实验小结】