驻波法测声速

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,驻波法测声速,实验目的：,用驻波测定空气中的声速,学会用逐差法处理实验数据,实验原理和设计思路：,运动物体：根据,v=s /t，,测量,s, t,波速：,根据,v=f,，测量,f,如何测量声波的 f,？如何产生与探测？,声波：,机械振动在弹性介质中所激起的机械波就称为声波,声波的特点：纵波,速度的测量：,间接测量,1,空气中声波：压力波（密度大，压力大）,压力,位移,2,声波的产生 和接收,压电换能器,：压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力,T,时，在极化方向上产生一定的电场强度,E,且具有线性关系：可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩，使压电陶瓷片成为超声波的波源。即压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。因此，压电换能器可以把电能转换为声能作为,声波发生器,，也可把声能转换为电能作为,声波接收器,之用。,当交流电信号的频率与系统的固有频率相近时，产生共振，电-声转换最好。因此声波的频率等于电信号的频率，,f,可由频率计测出。,3,波长,的测定,驻波：,两列传播方向相反的相同频率，振幅，振动方向的波叠加形成。,设沿X轴正向传播的入射波的波动方程为：,设沿X轴负向传播的反射波的波动方程为:,当： ，即,k,= 0，1，2，3 ,这些点的振幅最大, 即为波腹,当 ,k,= 0，1，2，3 这些点的振幅始终为零，即为波节。,故知，相邻波腹(或波节)的距离为 。,4,5,反射面处为波节，声压最大，L=n,/2，因此可根据声压的变化确定波节的位置和波长。,S1,S2,波节,波腹,L=2,声波在空气中的传播速度取决于空气本身的性质,-绝热系数，R-摩尔气体常数，,-空气分子的摩尔质量，,T,-绝对温度,在标准状态下，0 oC时，声速为,v,o,331.45ms，显然在 t,o,C时，干燥空气中声速的理论值应为,6,实验仪器：,低频信号发生器,：产生交流电信号,毫伏表：,测量由声压引起的电信号,数字频率计：,测量电信号的频率,屏蔽导线,：连接各仪器,声波驻波仪：,声波和电信号相互转换。由压电 换能系统A和B，游标尺，固定支架组成,7,实验步骤：,仪器接线柱连接。,接通电源，预热,15,分钟，置好仪器的旋钮,寻找适当频率（共振频率）,测量波节的位置，共测,16,个数据。,记录室温,关断仪器电源，整理好仪器和用具。,用逐差法处理实验数据,注意事项：,测量,L,时，必须轻而缓慢地调节，手勿压游标尺，以免主尺弯曲引起误差。,注意信号源不要短路，以防烧坏仪器。,放置各仪器的旋钮时不能用力过猛。,8,思考题：,在本实验装置中驻波是怎样形成的：,为什么测,L,时不测量波腹间的距离而测波节间的距离？,习题,根据测量数据计算声速及其相对误差。,本实验装置可用作温度计吗？如果,L,的测量精度为,0.002mm,， 在频率不变的情况下，能测到的最小温度变化是多少？,9,