大学物理实验报告声速的测量同名2981Word文档下载推荐.docx

大学物理实验报告声速的测量同名2981Word文档下载推荐.docx

《大学物理实验报告声速的测量同名2981Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验报告声速的测量同名2981Word文档下载推荐.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。

1.共振干涉法

实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；

为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。

当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即

（3）

时，发出的声波与其反射声波的相位在处差（n=1，2……），因此形成共振。

因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。

本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。

从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值（参见图2）。

图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。

我们只要测出各极大值对应的接收器的位置，就可测出波长。

由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式

（1）求得声速。

2.相位比较法

波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。

沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。

利用这个原理，可以精确的测量波长。

实验装置如图1所示，沿波的传播方向移动接收器，接收到的信号再次与发射器的位相相同时，一国的距离等于与声波的波长。

同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。

实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号，它们的频率严格一致，所以李萨如图是椭圆，椭圆的倾斜与两信号的位相差有关，当两信号之间的位相差为0或时，椭圆变成倾斜的直线。

3.时差法

用时差法测量声速的实验装置仍采用上述仪器。

由信号源提供一个脉冲信号经发出一个脉冲波，经过一段距离的传播后，该脉冲信号被接收，再将该信号返回信号源，经信号源内部线路分析、比较处理后输出脉冲信号在、之间的传播时间t，传播距离L可以从游标卡尺上读出，采用公式

（2）即可计算出声速。

4.逐差法处理数据

在本实验中，若用游标卡尺测出个极大值的位置，并依次算出每经过个的距离为

这样就很容易计算出。

如测不到20个极大值，则可少测几个（一定是偶数），用类似方法计算即可。

【实验数据记录、实验结果计算】

实验时室温为16℃，空气中声速的理论值为

1．共振干涉法

频率

编号:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

L（mm）

50.00

52.58

54.41

57.46

59.63

62.40

64.46

67.37

70.60

72.16

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

74.01

77.00

79.01

81.84

83.80

86.92

88.78

91.66

93.31

96.49

2．相位比较法

54.82

64.41

74.02

83.74

93.40

103.06

112.90

122.36

131.86

141.09

使用逐差法进行数据处理，处理过程由C++程序完成，程序如下

#include<

iostream>

cstdio>

usingnamespacestd;

constintn=5;

constdoublef=35.618;

constdoubleL[2*n]={54.82,64.41,74.02,83.74,93.40,103.06,112.90,

122.36,131.86,141.09};

doubleLMD=0;

intmain（）

{

for（inti=0;

i<

n;

i++）LMD+=（L[n+i]-L[i]）/n/n;

printf（"

v=%.3lf\n"

LMD*f）;

system（"

pause"

）;

return0;

}

此程序运行结果为：

v=343.187m/s

3．时差法测量空气中声速

编号

T/μs

400

413

428

442

458

472

487

501

L/mm

56.80

55.86

66.81

71.85

76.82

81.83

86.81

91.86

　计算机作图如下：

由于第二组数据，存在较大误差，因此将其去掉。

　计算机计算得　v=344.41m/s

94

97

101

104

107

111

114

117

105.24

110.02

115.00

120.05

125.04

130.06

135.01

140.05

4．时差法测量液体中声速

计算机作图如下：

计算机计算得　v=1449.43m/s

【分析讨论】

1关于误差

其实做这个实验需要极其精细的操作。

为了得到更精确的结果，不仅要每个人时刻集中精力观察仪器，操作仪器，而且需要两个人的默契配合。

当然，还是有一些最基本的需要注意的地方，如操作距离旋钮时，旋转最好不要太快，接近读数点时要放慢速度，最好不要逆向旋转旋钮；

示波器的图像最好调节到合适的大小位置，以便观察和减小误差。

观察李萨如图像时应选取水平或垂直线段中的一者为标准，否则无法判断移动的是波长还是半波长。

此时应将图像尽量放大，因为观察重合时图像较小会导致误差很大。

当然最终测得的结果还是有一定的误差，但误差已经很小了。

观察测得得空气中声速发现几种测量方法的测量结果都偏大，一个重要的原因就是空气中含有水蒸汽及其它杂质，声音在这些物质中的传播速度都要比在空气中的传播速度大，所以最后的测量结果都偏大。

而使用相位法测得的结果与真实值最接近，因为这个方法观察图像时，是在图像变化到重合时读数，判断图像重合成直线是相对容易的，所以误差会较小。

【思考题】

1、为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测定？

答：

因为在谐振频率下，反射面之间的声压达极大值。

这样从示波器上观察到的电压信号幅值为最大，从而更利于观察。

2、要让声波在两个换能器之间产生共振必须满足那些条件？

1、两个换能器的发射面与接受面互相平行。

2、两个换能器间的距离为半波长的整数倍。

3、试举出三个超声波应用的例子，他们都是利用了超声波的那些特性？

比如超声波定位系统，超声波探测，超声波洗牙。

他们利用了超声波的波长短，易于定向发射，易被反射等特性。

4、在时差法测量中，为何共振或接受增益过大会影响声速仪对接受点的判断？

因为当共振或接受增益过大时，接受器将提前接收到信号，这样测得的时间

将偏小，导致最后计算出的声速偏大。

【个人想法】

1.我想这个实验测声速的方法可以有更广阔的用处.对于前两种方法,可以测得一些以波形态传播的物质的速度.如果仪器可以极其精密,就可测得光速.

对于第三种方法,可以用来测量光速.在发射端接收端都安装平面镜,可以记录光走充分大个来回的时间,让发射端和接收端记录光走的来回数,然后用时差法算得光速.