物理實驗 聲速的測量與示波器的使用PPT學習教案

1、會計學1 物理實驗物理實驗 聲速的測量與示波器的使用聲速的測量與示波器的使用 二、實驗原理 1.聲波在空氣中的傳播速度 空氣中傳播的聲波的傳播速度(聲速)可寫為： (18-3) 00 0 145.3311 T t T t vv 其中，T0=273.15 K，t為環(huán)境溫度。 式(18-3)可作為空氣中聲速的理論計算公式。 2.空氣中聲速的測量原理 (1)測聲速的基本原理 由聲速與頻率、波長間的關(guān)系：v=f (18-4) 可知，測出聲波的頻率f與波長，即可由式(18-4) 算出聲速v。 第1頁/共17頁 (2)用共振干涉(駐波)法測量聲波的波長 用共振干涉法測量聲波的波長的實驗裝置如圖所示。 用共

2、振干涉（駐波）法測量聲波的波長的實驗裝置 第2頁/共17頁 依波動理論，設沿X方向射出的入射波方程為： ) 2 cos( 1 xtAy 反射波方程為： ) 2 cos( 2 xtAy 在任意時刻t，空氣中某一位置處的合振動方程為 ： txAyyy cos) 2 cos2( 21 上式即為駐波方程。 第3頁/共17頁 (3)相位比較(行波)法測聲波波長 用相位比較法測量聲波的波長的實驗裝置如下圖所示： 相位比較(行波)法測量聲波的波長的實驗裝置 第4頁/共17頁 當發(fā)射器與接收器之間距離為L時，在發(fā)射器 驅(qū)動正弦信號與接收器接收到的正弦信號之間將有相 位差=2L/=2n+ 若將發(fā)射器驅(qū)動正弦信號

3、與接收器接收到的正 弦信號分別接到示波器的X及Y輸入端，則相互垂直 的同頻率正弦波干涉，其合成軌跡稱為李薩如圖，如 圖所示。 相位差不同時的李薩如圖 第5頁/共17頁 三、實驗儀器 ZKY-SSA型超聲聲速測定儀； XD-7S低頻信號發(fā)生器； COS5020B型通用示波器。 四、實驗內(nèi)容和步驟 1.熟悉儀器 按圖18-1接好線路，對照儀器仔細閱讀“實驗儀器”部分的內(nèi)容。 第6頁/共17頁 由波腹(或波節(jié))條件可知，相鄰兩個波腹(或波節(jié))間的距離為 /2 ，當S1和S2間的距離L恰好等于半波長的整數(shù)倍，即L=n/2 ， n=0，1，2，3 時，聲振幅為極大值。此時接收換能器S2接收到的聲壓也是極

4、大值，在示波器上觀察到的經(jīng)S2轉(zhuǎn)換成的電信號也是極大值。 第7頁/共17頁 2.儀器的調(diào)整 (1)將接收換能器S2向發(fā)射換能器靠攏并注意留有約1 cm左右的間隙 (2)調(diào)節(jié)設置低頻信號發(fā)生器,先調(diào)節(jié)“頻率粗調(diào)鈕11”再調(diào)節(jié)“頻率細調(diào)鈕10”，使“頻率數(shù)碼顯示12”所顯示的頻率讀數(shù)處于換能器的諧振頻率范圍3040 kHz之間。 (3)將接收換能器S2的輸出端信號線接入示波器的“CH2通道(垂直)信號輸入端10”。 第8頁/共17頁 3.諧振狀態(tài)的確定 用示波器觀察由S2接收并轉(zhuǎn)換成的電信號。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的“頻率粗調(diào)鈕11”及“頻率細調(diào)鈕10”，使示波器顯示的波形振幅最大。此時信號發(fā)生器的工作頻

5、率即為換能器的固有頻率。 第9頁/共17頁 4.S2的起始最大值位置的確定 緩慢移動S2，可在示波器上觀察到波形振幅的變化。將S2移到某一振幅最大處，固定S2，記錄下S2對應的卡尺讀數(shù)作為第一個極大值位置數(shù)據(jù)S1，作為測量S2與S1之間距離L的起始位置。 5.用干涉法測聲速 為提高實驗精度，充分利用數(shù)據(jù)資源，本實驗采用逐差法處理數(shù)據(jù)。為此，需要測量兩組數(shù)據(jù)，使兩組數(shù)據(jù)中互相對應的項間相差20個半波長。 第10頁/共17頁 6.記錄室內(nèi)溫度 記錄下實驗時實驗室內(nèi)的溫度t，用于計算聲速的理論預期值，供與實驗結(jié)果比較之用。 7. 相位比較(行波)法測聲波波長（用另一種方法驗證測量結(jié)果） 把接收換能器

6、S2接入示波器的1通道，用三通BNC接頭從信號源引出另一路信號接入示波器的2通道，使示波器處于“（X-Y）”工作狀態(tài) . 第11頁/共17頁 此時相互垂直的同頻率正弦波干涉，其合成軌跡稱為李薩如圖，如圖18-3所示。 五、注意事項 1.實驗過程中要保持信號發(fā)生器的工作頻率始終工作于換能器的固有頻率上，并保持輸出電壓基本不變。 2.實驗中應注意保持換能器發(fā)射面與接收面的平行。 第12頁/共17頁 六、實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理 1.頻率的測量： f= 0.05 kHz; f=0.05 kHz 2.波長的測量： 室溫t= ; 10個波長的儀器誤差 儀=0.02 mm 第13頁/共17頁 110 )( 110 )( 2 30,10 21, 1 2 1 10 ji ij n i i S xx A 22 10儀儀 B 10 2 10 2 10 BA (1)10的A類不確定度： (2)10的B類不確定度： (3)10的總不確定度： mm mm mm (4)=(Sj-i10)/10= mm 3.計算出波速值： (1) fv = m/s 第14頁/共17頁 22 )()( f f Er r Evv vvv (2) (3) = m/s m/s % (4) 4.與理論預期值比較： (1) 00 0 )5.16( 145.3311 TT t vv 理 = m/s (2