預(yù)習(xí)思考題_超聲實(shí)驗(yàn)

1、北京師范大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) 預(yù)習(xí)思考題姓名學(xué)號(hào)院系 武秀琪201011151048化學(xué)學(xué)院【實(shí)驗(yàn)題目】超聲實(shí)驗(yàn)1什么是超聲波？列舉幾種超聲波的應(yīng)用。答：超聲波指的是頻率超過(guò)2×104（十的四次方）Hz，人耳聽(tīng)不到的聲波。 超聲波的應(yīng)用：蝙蝠用超聲波導(dǎo)航和覓食；利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波來(lái)探測(cè)體內(nèi)臟器病變，固體材料內(nèi)部缺陷等；超聲波還可作為一種高頻振動(dòng)能量的應(yīng)用于清洗、加熱以及凝膠制備2實(shí)驗(yàn)中是如何產(chǎn)生和探測(cè)超聲波的？ 答：實(shí)驗(yàn)通過(guò)超聲波實(shí)驗(yàn)儀的配件探頭產(chǎn)生和探測(cè)超聲波。探頭分直探頭和斜探頭。工作時(shí)，一個(gè)探頭同時(shí)負(fù)責(zé)超聲的產(chǎn)生和接收。探頭的核心器件是一片由具有壓電效應(yīng)的陶瓷

2、材料制成的晶片，其工作原理是：儀器先給壓電晶片的兩極施加一個(gè)電壓短脈沖, 由于逆壓電效應(yīng)，晶片將發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生彈性振蕩，振蕩頻率與晶片的聲速和厚度有關(guān), 適當(dāng)選擇晶片的厚度可以得到超聲頻率范圍的彈性波, 即超聲波。由于晶片振動(dòng)能量減小，振幅減小，因此發(fā)射的是一個(gè)超聲波脈沖波。探測(cè)超聲波時(shí)，由于超聲波在材料內(nèi)部傳播時(shí)會(huì)在被檢對(duì)象處發(fā)生散射，同一壓電晶片接收散射波, 根據(jù)正壓電效應(yīng), 振蕩的晶片在兩極產(chǎn)生振蕩的電壓, 電壓被放大后可以用示波器顯示，完成超聲波的接收探測(cè)。3超聲波在固體中的傳播與在空氣中有什么主要區(qū)別？答：超聲波在固體與空氣中的傳播之所以不同，是因?yàn)楣腆w中剪切力的存在?？諝庵校?/p>

3、波只能是縱波，只有一個(gè)聲速。而在固體中，由于剪切力的存在，通常有三種類型的波:縱波，橫波，表面波波形?？v波只要在任何彈性介質(zhì)發(fā)生密度交替變化時(shí)都可以產(chǎn)生，故它是固體和空氣中都能產(chǎn)生傳播的。而橫波和表面波形只在固體中產(chǎn)生傳播。因?yàn)闄M波是剪切力交替作用于固體介質(zhì)使其承受切變變形才產(chǎn)生的，而表面波形是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂袡M波和縱波的雙重性質(zhì)的波，因此也只有在固體中才可以產(chǎn)生和傳播。4直探頭和斜探頭發(fā)射的超聲波有什么區(qū)別? 答：直探頭與斜探頭產(chǎn)生的都是縱波，但是直探頭發(fā)射的是縱波，讓其進(jìn)入被測(cè)材料后發(fā)生擴(kuò)散，測(cè)量擴(kuò)散角；斜探頭讓縱波以一定角度斜射入樣品，做到發(fā)射的只是橫波，橫波還要多測(cè)量一個(gè)折射角。5簡(jiǎn)述超聲探傷的原理。答：超聲探傷是通過(guò)測(cè)量反射波來(lái)獲得物體內(nèi)部的信息。在進(jìn)行缺陷定位時(shí)，測(cè)量缺陷反射回波對(duì)應(yīng)的時(shí)間，根據(jù)被測(cè)材料的聲速可以計(jì)算出缺陷到探頭入射點(diǎn)的垂直深度或水平距離。在超聲成像時(shí)，探頭在試塊頂部二維掃描，得到來(lái)自試塊內(nèi)部缺陷深度的分布，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建，就可以得到試塊內(nèi)部缺陷的立體圖像。由于衍射的存在，