大学物理仿真实验实验报告超声波测声速

大学物理仿真实验实验报告试验日期：实验者：班级：学号：超声波测声速一实验原理由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=fλ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：(n=0,1,2,3……)的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：(n=0,1,2,3……)二实验仪器1）声速的测量实验仪器包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器2）超声声速测定仪主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。3）函数信号发生器提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。4）示波器示波器的x,y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。三实验内容1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。3．用相位比较法测波长和声速。*注意事项1．确保换能器S1和S2端面的平行。2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。三数据记录与处理1．基础数据记录谐振频率=33.5kHz2．驻波法测量声速表1驻波法测量声速数据i1i（cm）i+61i+6（cm）λi=(1i+6-1i)/3（cm）19.060712.2321.05729.574812.7741.067310.122913.3161.065410.6521013.8201.056511.1781114.3521.058611.7001214.8461.048λ的平均值：6161ii1.0585（cm）λ的不确定度：)1()(612iiSii＝0.002（cm）因为，λi=(1i+6-1i)/3，Δ仪=0.02mm所以，＝仪332u0.000544（cm）22uS0.021（mm）计算声速：50.354f（m/s）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122ffff实验结果表示：υ=（354±3）m/s，=0.8%3．相位比较法测量声速表2相位比较法测量声速数据（相位变换2π）i1i（cm）i+71i+7（cm）λi=(1i+7-1i)/7（cm）谐振频率18.162815.9261.109f=32.0kHz29.282917.0501.1103104001018.2201.107411.5121119.2061.099512.6001220.2901.099613.7221321.4601.105714.8321422.5321.100λ的平均值：7171ii1.1041（cm）λ的不确定度：)1()(712iiSii＝0.002（cm）因为，λi=(1i+7-1i)/7，Δ仪=0.02mm所以，＝仪372u0.000233（cm）22uS0.020（mm）计算声速：31.353f（m/s）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122ffff实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%四实验结论1利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s2利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s五实验思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？答：能。因为v=fλ，已知频率f，而且波长λ也能通过示波器图像读出所以可以用驻波法测量出声速。2．各种气体中的声速是否相同？为什么？答：不同。声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。