09-大学物理实验-声速的测量

声速的测量声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。振动频率在20-20000Hz的声波称为可闻声波,频率低于20Hz的声波称为次声波,频率高于20000Hz的声波称为超声波。声速是描述声波在媒质中传播的特性的一个基本的物理量，它最简单的测量方法是直接从声波的振动的频率和波长之间的关系测得。ff超声波在空气中的传播速度是温度的函数，其理论值计算公式为：15.273)(10Ctt其中，0℃时超声波在空气中的传播速度。sm/45.3310该理论公式可作为测量误差计算的依据。一、超声换能器及频率的测定超声换能器的核心部件是由锆钛酸铅制成的压电陶瓷。它可利用逆压电效应产生超声波，也可利用压电效应接收超声波。压电陶瓷有一个谐振频率f0，当换能器作为超声发生器时，输入电信号的频率等于谐振频率f0时，换能器产生的信号最强。用此方法可测量超声波的频率。二、实验装置介绍超声声速测定仪发射换能器接收换能器S2S1示波器Y本实验使用信号发生器输出一个高频交流电信号到超声发生器，用于产生超声波，超声接收器接收到超声波后通过换能器转变为电信号，并输出到示波器，进行观察测量。信号发生器超声声速测定仪由两个换能器（一个发射端，一个接收端）、鼓轮和标尺组成。转动鼓轮可使一个换能器在导轨上移动，移动距离可由标尺和鼓轮读出。三、波长的测定1、共振干涉法超声发生器（S1）发出的声波，经空气传播到接收器（S2），S2在接收声波信号的同时反射部分声波信号。如果S2与S1严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，当S1和S2之间的距离L满足下式：L=n/2（n=1、2..）时，形成驻波。S1发射S2反射LL声压驻波分布声压2/2/2/2/2/当S1和S2之间的距离L连续改变时，示波器上的信号幅度呈现周期性的变化，振幅从最大变到另一个最大说明接收器移动了λ/2的距离，而S2移动的距离可由标尺和鼓轮读出，从而计算出波长λ。2、相位比较法S2接收声波并转换为电信号，该电信号与输入到S1的电信号频率相同，仅相位有所延迟，相位延迟量与超声波在S1和S2之间传播的距离有关：L2如果将发射端和接收端输出的电信号分别分别输入到示波器的x，y轴，这两个信号在示波器上将显示出李萨如图形。43024移动S2的过程中，当李萨如图形由一三象限的直线变为二四象限的直线时，相位差相差π，S2移动的距离为λ/2，由此也可计算出波长。思考使用双踪示波器可以直接比较两个电信号的位相，是否可以测量波长？四、实验内容及要求1)按实验装置图接线，使发射头和接收头的端面尽量平行。2)测共振频率。3)共振干涉法测波长。连续记录8个信号幅度最大的坐标位置，继续移动一点距离，再返回，记录相对应的坐标位置。4)相位比较法测波长。连续记录8个李萨如图形为直线的坐标位置，继续移动一点距离，再返回，记录相对应的坐标位置。5)实验前后各测量一次室温。1.对共振干涉法和相位比较法测量的数据，分别用逐差法计算波长，计算声速。1526374816215263748162llllllllLLLLLLLL位共2.计算超声波在空气中传播速度的公认值，对共振干涉法和相位比较法测得的声速分别计算定值误差。五、数据处理要求