超聲聲速測(cè)量實(shí)用教案

1、1. 掌握用駐波法和相位比較法測(cè)量空氣中的聲速掌握用駐波法和相位比較法測(cè)量空氣中的聲速 2. 加深對(duì)駐波和振動(dòng)合成理論知識(shí)的理解，了解加深對(duì)駐波和振動(dòng)合成理論知識(shí)的理解，了解超聲壓電換能器的結(jié)構(gòu)和原理超聲壓電換能器的結(jié)構(gòu)和原理3. 進(jìn)一步掌握信號(hào)源和示波器的使用，培養(yǎng)綜合進(jìn)一步掌握信號(hào)源和示波器的使用，培養(yǎng)綜合使用儀器能力使用儀器能力第1頁/共15頁第一頁，共16頁。一、 共振干涉法（駐波法）S1發(fā)射S2反射干涉而成駐波L2 23 2Lp波腹波節(jié)S2表面聲壓與其位置的關(guān)系第2頁/共15頁第二頁，共16頁。n當(dāng)換能器S1與S2的表面平行時(shí)，由換能器S1的震動(dòng)產(chǎn)生的超聲波在S1、S2兩表面之間形成

2、駐波，在接收換能器S2處是振幅的波節(jié)位置（理論推導(dǎo)）、聲壓的波腹位置，即該處位移為零，聲壓最大。當(dāng)S1、S2的間距滿足一定條件時(shí)，出現(xiàn)穩(wěn)定的駐波現(xiàn)象，此時(shí)接收器S2表面的聲壓振幅最大，改變S1、S2的間距，可以測(cè)量到一系列的聲壓最大的位置，而這些相鄰位置的間距就是超聲波半波長的大小。n利用示波器來觀測(cè)(gunc)經(jīng)換能器S2產(chǎn)生的電信號(hào)波形，以確定振幅的最大位置。第3頁/共15頁第三頁，共16頁。結(jié)論：每?jī)蓚€(gè)相臨波腹（波節(jié)）間的距離為/2第4頁/共15頁第四頁，共16頁。第5頁/共15頁第五頁，共16頁。二、 相位比較法（行波法）S1發(fā)射S2反射干涉而成駐波L 聲源S1發(fā)出聲波后，在其周圍形成

3、聲場(chǎng)，聲場(chǎng)在介質(zhì)中任一點(diǎn)的振動(dòng)相位是隨時(shí)間而變化的。但它和聲源的振動(dòng)相位差j不隨時(shí)間變化。 j jL 2第6頁/共15頁第六頁，共16頁。S1接X通道,S2接Y通道，移動(dòng)S2,得到如下李薩如圖形：0 j j2 j j j j 23 j j j j2 結(jié)論：每次出現(xiàn)重復(fù)圖形S2移動(dòng)的距離為第7頁/共15頁第七頁，共16頁。信號(hào)源示波器超聲聲速測(cè)量?jī)x第8頁/共15頁第八頁，共16頁。1、按實(shí)驗(yàn)裝置圖接線，使發(fā)射頭和接收頭的端面盡量平行2、共振頻率，調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率，使接收頭輸出的電信號(hào)幅度最大3、共振干涉法測(cè)波長，記錄示波器上波形相繼出現(xiàn)10個(gè)極大值所對(duì)應(yīng)的接收頭的坐標(biāo)4、相位比較法測(cè)波長

4、，記錄示波器上圖形相繼出現(xiàn)10個(gè)相同李薩如圖形時(shí)所對(duì)應(yīng)的接收頭的坐標(biāo)第9頁/共15頁第九頁，共16頁。1.逐差法計(jì)算波長，得到超聲波傳播速度16495101649510252251llllllLLLLLL位共fv2.計(jì)算超聲波在空氣中傳播速度的公認(rèn)值公認(rèn)v，求出兩種測(cè)量方法得到的v的相對(duì)誤差E0/30.331TTv公認(rèn)%100測(cè)量公認(rèn)測(cè)量vvvE 22512223/53/155/,3/01. 03/,fuuufBfiiABBAfuUHzUUUmmUUUU儀儀其中3.計(jì)算不確定度第10頁/共15頁第十頁，共16頁。n示波器不顯示駐波： 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使頻率處于換能器的共振頻率上。n駐

5、波圖形太大或太?。?調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出振幅、示波器的增益，以獲得合適的圖形。n隨著兩換能器的間距增加，示波器顯示的圖形的會(huì)逐漸變小，可調(diào)節(jié)示波器的增益，以獲得合適的圖形。n相位法測(cè)量時(shí)，須采用與駐波法相同的頻率（即不可改變信號(hào)發(fā)生器的頻率）。第11頁/共15頁第十一頁，共16頁。1 逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是什么？2 為什么換能器要在諧振頻率條件下進(jìn)行聲速測(cè)量？3 能否雙顯法進(jìn)行測(cè)量？第12頁/共15頁第十二頁，共16頁。1 逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是充分利用測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)有取平均的效果。2 當(dāng)輸入電信號(hào)的頻率為諧振頻率時(shí)，壓電換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振，此時(shí)產(chǎn)生的聲波幅度最大；當(dāng)外力的頻率等于諧振頻率

6、時(shí)，壓電換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振，此時(shí)得到的電信號(hào)最強(qiáng)。3 能，將兩端信號(hào)都接入示波器，示波器上兩正弦波相鄰兩次相位相同點(diǎn)，接收端移動(dòng)的距離為一個(gè)波長，從而測(cè)出波速。第13頁/共15頁第十三頁，共16頁。壓電換能器簡(jiǎn)介 有些物質(zhì)在沿一定方向受到壓力或拉力作用而發(fā)生形變時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷，去掉外力時(shí)又回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)；具有該效應(yīng)的物質(zhì)為壓電材料；利用壓電材料的壓電效應(yīng)制成的換能器叫做壓電換能器。 第14頁/共15頁第十四頁，共16頁。長江大學(xué)物理科學(xué)(kxu)與技術(shù)學(xué)院謝謝您的觀看(gunkn)！第15頁/共15頁第十五頁，共16頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)掌握用駐波法和相位比較法測(cè)量空氣中的聲速。一、 共振干涉(gnsh)法（駐波法）。利用示波器來觀測(cè)經(jīng)換能器S2產(chǎn)生的電信號(hào)波形，以確定振幅的最大位置。改變輸入信號(hào)頻率，觀察接收信號(hào)的變化。在某一頻率點(diǎn)處（約35