聲速測量實(shí)驗(yàn)

1、LOGO聲速的測量聲速的測量大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波，頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，高于20kHz的稱為超聲波，介于兩者之間的成為可聞聲波（能夠被人聽到）。 聲波在媒質(zhì)總中傳播的速度與媒質(zhì)的特性及狀態(tài)有關(guān)。因而通過媒質(zhì)中聲速的測量，可以了解媒質(zhì)的特性或狀態(tài)變化。因此聲速的測定在工業(yè)生產(chǎn)上具有一定的實(shí)用意義。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膗加深對駐波及振動(dòng)合成等理論知識(shí)的理解加深對駐波及振動(dòng)合成等理論知識(shí)的理解u學(xué)習(xí)使用共振干涉法、相位比較法和時(shí)差法測量學(xué)習(xí)使用共振干涉法、相位比較法和時(shí)差法測量聲速聲速u進(jìn)一步熟悉示波器的使用方法提高運(yùn)用示進(jìn)一步熟悉示波器的使用方法提高

2、運(yùn)用示 波器觀波器觀測物理參數(shù)的綜合運(yùn)用能力測物理參數(shù)的綜合運(yùn)用能力 1. 1. 聲波作為一種機(jī)械波，它的波速聲波作為一種機(jī)械波，它的波速v v、波長、波長 和頻率和頻率f f存存 在著下列關(guān)系：在著下列關(guān)系：vfg2. 2. 傳播距離傳播距離L L、傳播時(shí)間、傳播時(shí)間t tLvt常用的方法有共振干涉法和相位比較法常用的方法有共振干涉法和相位比較法時(shí)差法測量聲速的原理時(shí)差法測量聲速的原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理疊加后的聲波振幅為22cos()XAgg相鄰的兩個(gè)振幅最大值之間的距離為聲波波長的一半2X1F2F31222cos() cos()XFFFAtgg3F12cos()XFAtgg22cos()XF

3、Atgg 聲源發(fā)出的聲波經(jīng)前方的剛性反射平面后，入射波聲源發(fā)出的聲波經(jīng)前方的剛性反射平面后，入射波和反射波會(huì)發(fā)生干涉，形成駐波。和反射波會(huì)發(fā)生干涉，形成駐波。共振干涉法（駐波法）測量聲速原理共振干涉法（駐波法）測量聲速原理 為聲波的角頻率，t 為傳播時(shí)間X 為聲源和反射面之間的距離相位法測量聲速原理相位法測量聲速原理 聲波的本質(zhì)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可說是位相的傳播。聲波的本質(zhì)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可說是位相的傳播。但是介質(zhì)中任一點(diǎn)的振動(dòng)相位和聲源的振動(dòng)相位差是不隨時(shí)但是介質(zhì)中任一點(diǎn)的振動(dòng)相位和聲源的振動(dòng)相位差是不隨時(shí)間變化。間變化。2Xg 改變聲源（改變聲源（S1）和剛性反射面（）和剛性反射面（

4、S2）之間的距離）之間的距離X，就相當(dāng)于改變發(fā)射波和接收波之間的位相差，示波，就相當(dāng)于改變發(fā)射波和接收波之間的位相差，示波器上的圖形也隨器上的圖形也隨X的變化不斷變化。顯然，當(dāng)?shù)淖兓粩嘧兓ｏ@然，當(dāng)S1、S2之之間距離改變半個(gè)波長間距離改變半個(gè)波長 ,則則 。隨著振動(dòng)位。隨著振動(dòng)位相差的變化，李薩如圖形也會(huì)從斜率為正的直線變?yōu)闄E相差的變化，李薩如圖形也會(huì)從斜率為正的直線變?yōu)闄E圓，再變到斜率為負(fù)的直線。因此，每移動(dòng)半個(gè)波長，圓，再變到斜率為負(fù)的直線。因此，每移動(dòng)半個(gè)波長，就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)斜率符號相反的直線。就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)斜率符號相反的直線。2Xg2X時(shí)差法測量聲速原理時(shí)差法測量聲速原理 設(shè)以脈沖調(diào)制

5、信號激勵(lì)發(fā)射換能器，產(chǎn)生的聲波設(shè)以脈沖調(diào)制信號激勵(lì)發(fā)射換能器，產(chǎn)生的聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過t時(shí)間后，到達(dá)時(shí)間后，到達(dá)L距離處的接收換距離處的接收換能器。所以可以用以下公式求出聲波在介質(zhì)中傳播的能器。所以可以用以下公式求出聲波在介質(zhì)中傳播的速度。速度速度。速度V距離距離L/時(shí)間時(shí)間t時(shí)差法測量聲速的波形圖CH1 CH2示波器信號源發(fā)射S1 接收S2發(fā)射波形 接收波形聲速測定儀發(fā)射接收共振法、相位法線路連接共振法、相位法線路連接實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟諧振頻率的調(diào)節(jié)諧振頻率的調(diào)節(jié)1. 按電路圖連接電路按電路圖連接電路2. 打開示波器，選擇打開示波器，選擇CH2通道，能夠觀測到正弦波通道，

6、能夠觀測到正弦波3. 調(diào)節(jié)專用信號源的調(diào)節(jié)專用信號源的“頻率粗調(diào)頻率粗調(diào)”或或“頻率細(xì)調(diào)頻率細(xì)調(diào)”，觀察示，觀察示波器上圖形的變化，使正弦波振幅最大。記錄信號源上顯波器上圖形的變化，使正弦波振幅最大。記錄信號源上顯示的頻率示的頻率fi。然后改變聲速測定儀。然后改變聲速測定儀S1和和S2之間的距離，再之間的距離，再次調(diào)節(jié)次調(diào)節(jié)“頻率細(xì)調(diào)頻率細(xì)調(diào)”至正弦波振幅最大。共測至正弦波振幅最大。共測5次，算出平次，算出平均頻均頻 率率f。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟共振法測量波長步驟共振法測量波長步驟1. 將專用信號源的測量方式設(shè)置到將專用信號源的測量方式設(shè)置到“連續(xù)波連續(xù)波”方式，頻率調(diào)方式，頻率調(diào) 整到上一步算出

7、的諧振頻率。整到上一步算出的諧振頻率。2. 轉(zhuǎn)動(dòng)聲速測量儀旋鈕，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)聲速測量儀旋鈕，調(diào)節(jié)S1和和S2之間的距離（一直向之間的距離（一直向 同一個(gè)方向同一個(gè)方向 轉(zhuǎn)動(dòng)），逐個(gè)記錄振轉(zhuǎn)動(dòng)），逐個(gè)記錄振 幅最大時(shí)幅最大時(shí)S1和和S2之間的之間的 距離，共測量距離，共測量11組數(shù)據(jù)（組數(shù)據(jù)（X1，X2， X11）。）。3. 去掉第一組數(shù)據(jù)，用逐差法處理剩下的十組數(shù)據(jù)，得出去掉第一組數(shù)據(jù)，用逐差法處理剩下的十組數(shù)據(jù)，得出 兩個(gè)相鄰波峰之間的距離，即可得出波長。兩個(gè)相鄰波峰之間的距離，即可得出波長。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟相位法測量波長步驟相位法測量波長步驟1. 將專用信號源的測量方式設(shè)置到將專用信號源的測量

8、方式設(shè)置到“連續(xù)波連續(xù)波”方式，頻率調(diào)方式，頻率調(diào) 整到諧振頻率。整到諧振頻率。2. 將示波器的顯示方式打到將示波器的顯示方式打到“X-Y”，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器，出，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器，出 現(xiàn)李薩如圖形?，F(xiàn)李薩如圖形。3. 轉(zhuǎn)動(dòng)聲速測量儀旋鈕至波形變?yōu)橐粭l斜率為正的直線，記轉(zhuǎn)動(dòng)聲速測量儀旋鈕至波形變?yōu)橐粭l斜率為正的直線，記錄此時(shí)的位置錄此時(shí)的位置X1，向同一方向繼續(xù)調(diào)節(jié)聲速測量儀旋鈕，向同一方向繼續(xù)調(diào)節(jié)聲速測量儀旋鈕， 直到出現(xiàn)一條斜率為負(fù)的直線，記錄此時(shí)的位置直到出現(xiàn)一條斜率為負(fù)的直線，記錄此時(shí)的位置X2，如此，如此反復(fù)，共記錄十一組數(shù)據(jù)（反復(fù)，共記錄十一組數(shù)據(jù)（X1，X2，X11）。）。4 去掉第

9、一組數(shù)據(jù)，用逐差法處理剩下的十組數(shù)據(jù)，即可得去掉第一組數(shù)據(jù)，用逐差法處理剩下的十組數(shù)據(jù)，即可得出波長。出波長。CH1 CH2示波器信號源發(fā)射S1 接收S2發(fā)射波形 接收波形聲速測定儀發(fā)射接收時(shí)差法線路連接時(shí)差法線路連接實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)差法測量聲速步驟時(shí)差法測量聲速步驟1. 將信號源上將信號源上“聲速傳播介質(zhì)聲速傳播介質(zhì)”置于置于“空氣空氣”位置，測量方位置，測量方法設(shè)置到法設(shè)置到“脈沖波脈沖波”方式。方式。2. 將將S1和和S2之間的距離調(diào)節(jié)到大于之間的距離調(diào)節(jié)到大于50mm，調(diào)節(jié)示波器，調(diào)節(jié)示波器，使得能夠在顯示器上觀測到脈沖信號。使得能夠在顯示器上觀測到脈沖信號。3. 緩慢移動(dòng)接收端緩慢

10、移動(dòng)接收端S2，同時(shí)觀察信號源上的時(shí)間顯示窗口，同時(shí)觀察信號源上的時(shí)間顯示窗口，當(dāng)時(shí)間讀數(shù)增加當(dāng)時(shí)間讀數(shù)增加10s時(shí)，由數(shù)顯表頭讀數(shù)記錄時(shí)，由數(shù)顯表頭讀數(shù)記錄S2所在位所在位置置X1（10s內(nèi)聲波在空氣中傳播的距離），依次記錄十內(nèi)聲波在空氣中傳播的距離），依次記錄十一組數(shù)據(jù)一組數(shù)據(jù)X1，X2，X11（每次增加（每次增加10s ）。）。4. 去掉第一組數(shù)據(jù)，用逐差法計(jì)算出去掉第一組數(shù)據(jù)，用逐差法計(jì)算出10s 內(nèi)經(jīng)過的距離。內(nèi)經(jīng)過的距離。帶入公式求出聲速。帶入公式求出聲速。數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理n12345平均值平均值f(kHz)諧振頻率數(shù)據(jù)表諧振頻率數(shù)據(jù)表共振法和相位法測量波長數(shù)據(jù)表共振法和相位法測量波長數(shù)據(jù)表1059483726125 5XXXXXXXXXXvfg數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記