聲波衰減系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：普通物理實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：聲波衰減系數(shù)的測(cè)量學(xué)院：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?測(cè)出聲波在空氣中聲強(qiáng)衰減系數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器： 聲速測(cè)定儀、數(shù)字示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)連接線(xiàn)等。實(shí)驗(yàn)原理：聲強(qiáng)與聲壓之間的關(guān)系聲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中,其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱(chēng)為聲波的衰減。聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能量，常用W表示，單位為瓦。聲功率是表示聲源特性的一個(gè)物理量，聲功率越大，表示聲源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的聲能量越大，引起的噪聲越強(qiáng)。聲強(qiáng)是指在聲場(chǎng)中垂直于聲波傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能，常以I表示，單位為瓦/平方米。聲波在媒介中傳播時(shí)，聲強(qiáng)衰減如下式所示：I式中I0表示入射初始聲強(qiáng)，Id為深入媒質(zhì)d距離處的聲強(qiáng)，目前，在聲學(xué)測(cè)量中，聲強(qiáng)和聲功率通常不易直接測(cè)量，往往要根據(jù)測(cè)出的聲壓通過(guò)換算來(lái)求得，故常用聲壓來(lái)衡量聲音的強(qiáng)弱。聲波在大氣中傳播時(shí)，引起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而使空氣密度發(fā)生變化。在聲波所達(dá)到的各點(diǎn)上，氣壓時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)高，時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)低，某一瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú)聲波時(shí)壓強(qiáng)的改變量稱(chēng)為聲壓，記為p，單位是帕斯卡。在自由聲場(chǎng)中，聲波傳播方向上某點(diǎn)聲強(qiáng)I與聲壓p、媒介特性阻抗Z存在如下關(guān)系：I=聲壓與電壓關(guān)系超聲換能器的核心部件是壓電陶瓷片。壓電陶瓷片是用多晶體結(jié)構(gòu)的壓電材料(如鈦酸鋇)，在一定的溫度下經(jīng)極化處理制成的。它具有壓電效應(yīng)。在簡(jiǎn)單情況下，壓電材料受到與極化方向一致的應(yīng)力F時(shí)，在極化方向上產(chǎn)生一定的電場(chǎng)強(qiáng)度E。它們之間有一簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系E=g?F。反之，當(dāng)在壓電材料的極化方向上加電場(chǎng)E時(shí)，材料的伸縮形變S與電場(chǎng)E也有線(xiàn)性關(guān)系S=k?E，比例系數(shù)g、k稱(chēng)為壓電常數(shù)，它與材料性質(zhì)有關(guān)。由于E和F、S和E之間具有簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，因此，能將正弦交流信號(hào)變成壓電材料縱向長(zhǎng)度的伸縮，使壓電陶瓷成為聲波的波源。反過(guò)來(lái)，也可以使聲壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號(hào)的接收器。壓電陶瓷超聲換能器產(chǎn)生的超聲波頻率比較單純，方向性強(qiáng)，基本上是一個(gè)平面波，這對(duì)于提高測(cè)量的精密度是有利的。衰減系數(shù)的確定聲壓與電壓關(guān)系P=k?U得

U對(duì)其兩邊取對(duì)數(shù)則有：2lnUd式中為為衰減系數(shù)，可看出電壓對(duì)數(shù)的兩倍2lnUd與衰減系數(shù)a成線(xiàn)性關(guān)系。測(cè)得30組電壓數(shù)值，作如上處理。（1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1、 調(diào)節(jié)信號(hào)源，示波器至最佳狀態(tài)。示波器顯示信號(hào)波形大小合適， 位置居中。 2、 調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率，使其處于換能器共振頻率附近，示波器觀察到接 收信號(hào)峰值達(dá)到最大。 3、 將接收換能器從偏左端往右移動(dòng)，連續(xù)捕捉極大電壓峰值，并記下 該峰值電壓Ud和此時(shí)接收換能器所處位置d。連續(xù)記錄30實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理：f=37.32kHz峰值位置d/mm80.52485.10289.81394.42699.073103.628108.420峰值電壓U53.652.848.046.445.643.242.427.96317.93307.74247.67467.63987.53177.4943峰值位置d/mm113.932117.644122.362127.003131.648136.334141.908峰值電壓U40.039.237.636.834.032.430.027.37787.33747.25407.21107.05276.95636.8024峰值位置d/mm145.600150.063154.982159.443164.184173.816峰值電壓U28.827.628.428.027.426.026.72086.63566.69286.66446.62116.5162用線(xiàn)性回歸法作出2ln(Ud 直接得出擬合值即聲波衰減系數(shù)a=0.16665dB/mm 誤差分析 （1）在發(fā)射換能器與接收換