大学物理实验-预习导航

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,*,大学物理实验-,预习导航,声速的测定,北京工业大学,李宝富,内容介绍,1，背景介绍,2，实验原理,3，仪器介绍,4，操作指南,5，数据处理要求,一、背景介绍（引言）,声学是古老又年轻的学科，因为它有悠久的历史，并且近代声学研究已经广泛渗入到科学研究、国民经济以及国防建设等各个领域，并形成了一些新的交叉学科。,1、,在应用研究方面，如超声马达的研究得到国家多项基金的支持，,2001,年研制出当时世界上最细的弯曲旋转超声马达。,在基础研究方面，曾在液晶非线性动力学问题,的研究中，发现指向波。,目前在进行研究课题有：超声马达、热声制冷、声致发光，时空有限的波在界面上的反射、透 射、厅堂声混响、磁流体声波以及声波在工程检测中的应用等问题等。,2、,声波是在弹性媒质中传播的一种机械波，由于其,振动方向与传播方向一致，故声波是纵波。振动频率,在,20 Hz,20 kHz,之间的声波可以被人们听到，称为,可闻声波；频率超过,20KHz,的声波称为超声波。,对于声波特性的测量（如频率、波速、波长、声压衰,减和相位等）是声学应用技术中的一个重要内容，,特别是 声波波速（简称声速）的测量，在声波定位、,探伤、测距等应用中具有重要的意义。,声波的传播速度取决于介质的特性，如介质的密度、温度、压力和弹性模量等，同时声波的能量（声强）随着波动的进行在介质中传播。,3、,例,几种介质中的声速,介质,温度（,C）,声速,(m/s),空气（1atm）,0,331,空气（1atm）,20,343,水,20,1460,花岗岩,0,3950,铝,20,5100,二、实验原理,声速的测量方法可以分为两类,:,一类是根据运动学理论：,V=L/T,，,通过测量传播的距离,L,与所用的时间相比而获得,V,，,另一类是根据波动学理论,V=F*,通过测量声波的频率,F,与波长,而获得,V,。,本实验采用波动学理论 方法进行。由于,超声波具有波长短，易于定向发射、相互干涉小等优点，,我们采用压电陶瓷换能器为波源进行声波发射与接收。在,测出声波的频率F与波长后利用公式得到V。,（1）,式中，声波的频率F由信号发生器直接读出，,波长由共振干涉法或相位比较法分别测得。,四、仪器介绍,信号发生器，示波器，声速测定仪,声速测定仪,示波器,Y 地 X,信号发生器,压电陶瓷换能器,图1,返回,2相位比较法,实验装置如,图3,所示,压电陶瓷换能器,声速测定仪,示波器,Y 地 X,信号发生器,图 3,四、操作指南,1、准备工作,按图7-21接线，发射端S1接信号发生器，接收端S2接,至示波器通道1（CH1）。调整测试系统的谐振频率，,略（P257(2)）,2、共振干涉法测声速,摇动声速测试仪手把，使接收端S2缓慢移动，由近及,远逐个记下示波器上相继出现10个信号极大值时的S2的位,置L1,L2,L10,填入数据表，计算V。,3、相位比较法测声速,按图7-22接线，发射端S1接信号发生器，接收端S2接,至示波器通道1（CH1）。再从信号发生器接示波器通道2,（CH2），按下示波器xy键，示波器将显示由CH1和CH2,的合成利萨如图形。,摇动声速测试仪手把，由近及远使S2缓慢移动，逐,个记下示波器上相继出现利萨如图形为斜线时的S2的位,置L1、L2、L10，填入数据表，计算V。,谐振频率F=,Khz，室温t=,C,ps=,r=,。,序号i,Li/mm,Li=Li+5Li/mm,共振干涉法,相位比较法,共振干涉法,相位比较法,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,平均值,五、数据表格,数据处理要求,分别对两种方法的数据进行处理，计算、V测、V理、Er。,计算：,1）=,2）声速测量值V测=,3）声速理论值V理=,4）V测与V理的相对误差 Er=|V测V理|/V理*100%=,