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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,华北水利水电学院大学物理实验中心,超声声速的测定,第一页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,掌握用驻波法和相位比较法测量空气中的声速,加深对驻波和振动合成理论知识的理解，了解超声压电换能器的结构和原理,进一步掌握信号源和示波器的使用，培养综合使用仪器能力,实验目的与要求,第二页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,一、共振干涉法（驻波法）,S,1,发射,S,2,反射,干涉而成驻波,L,L,p,波腹,波节,S,2,表面声压与其位置的关系,实 验 原 理,第三页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,当换能器S,1,与S,2,的表面平行时，由换能器S,1,的震动产生的超声波在S,1,、S,2,两表面之间形成驻波，在接收换能器S,2,处是振幅的波节位置（理论推导）、声压的波腹位置，即该处位移为零，声压最大。当S,1,、S,2,的间距满足一定条件时，出现稳定的驻波现象，此时接收器S,2,表面的声压振幅最大，改变S,1,、S,2,的间距，可以测量到一系列的声压最大的位置，而这些相邻位置的间距就是超声波半波长的大小。,利用示波器来观测经换能器S,2,产生的电信号波形，以确定振幅的最大位置。,第四页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为,/2,第五页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,难点：,、输入信号频率的影响,改变输入信号频率，观察接收信号的变化。在某一频率点处（约3536KHz之间）接收器接收信号幅度最大，此频率即是压电换能器S1、S2相匹配频率点。实验时保持此频率不变。,、S1、S2间距的影响,随着S1、S2间距的加大，接受信号的幅度会变小，要随时调节示波器的增益，以得到合适的图像。,第六页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,二、相位比较法（行波法）,S,1,发射,S,2,反射,干涉而成驻波,L,声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的。但它和声源的振动相位差,j,不随时间变化。,第七页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,S,1,接X通道,S,2,接Y通道，移动S,2,得到如下李萨如图形：,结论：每次出现重复图形S,2,移动的距离为,第八页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,实 验 装 置,信号源,示波器,超声声速测量仪,第九页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,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、共振频率，调整函数发生器的输出频率，使接收头输出的电信号幅度最大,3、共振干涉法测波长，记录示波器上波形相继出现10个极大值所对应的接收头的坐标,4、相位比较法测波长，记录示波器上图形相继出现10个相同李萨如图形时所对应的接收头的坐标,实 验 步 骤,第十页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,1.逐差法计算波长,，,得到超声波传播速度,2.计算超声波在空气中传播速度的公认值,，,求出两种测,量方法得到的v的相对误差E,3.计算不确定度,数据记录与处理,第十一页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,问题处理：,示波器不显示驻波：,调节信号发生器的输出频率，使频率处于换能器的共振频率上。,驻波图形太大或太小：,调节信号发生器的输出振幅、示波器的增益，以获得合适的图形。,随着两换能器的间距增加，示波器显示的图形的会逐渐变小，可调节示波器的增益，以获得合适的图形。,相位法测量时，须采用与驻波法相同的频率（即不可改变信号发生器的频率）。,第十二页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,1 逐差法处理数据的优点是什么？,2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？,3 能否双显法进行测量？,思 考 题,第十三页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,思考题解答参考,1 逐差法处理数据的优点是充分利用测量数据，并对数据有取平均的效果。,2 当输入电信号的频率为谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，此时产生的声波幅度最大；当外力的频率等于谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，此时得到的电信号最强。,3 能，将两端信号都接入示波器，示波器上两正弦波相邻两次相位相同点，接收端移动的距离为一个波长，从而测出波速。,第十四页，共15页。,华北水利水电学院大学物理实验中心,补充材料及仪器介绍,压电换能器简介,有些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生形变时，其表面会产生电荷，去掉外力时又回到不带电状态，这种现象叫做压电效应；具有该效应的物质为压电材料；利用压电材料的压电效应制成的换能器叫做压电换能器。,第十五页，共15页。,
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