实验35 声速地测定.doc

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1、声速的测定一、实验描述声波是一种在弹性介质传播的纵波。声速是描述声波传播快慢的物理量，对声速的测量，尤其是对超声声速的测量时声学技术中的重要容，在医学、测距等方面都有重要的意义。二、实验目的（1）学会用位相法测声速。（2）利用萨茹图形测位相差。（3）学会用共振法测量声速。三、实验原理图11、位相法测声速实验装置如图1所示，S1,S2为两个压电晶体换能器，一个用来发射声波，一个用来接受声波。假设以S1发出的超声波经过一段时间传到S2，S1和S2之间的距离为L，那么，S1和S2处的声位相差为φ=2πL/λ,如果L=nλ（n为正整数），则φ=2

2、nπ，若能测出位相差φ，便可得到波长，再用频率计测出波源的频率，则声速c便可求得。用萨茹图形测位相差将送给S1的输入信号接至X轴，S2接收到的信号接至Y轴。设输入X轴的入射波的振动方程为：φ则Y轴接收到的的S2波形的振动方程为：φ合成的振动方程为：φφφφ此方程的轨迹为椭圆椭圆长短轴由相位差（φφ决定。位相差为φ=0时，轨迹为在一、三象限的直线,如图a，若φ=π/2，则轨迹为椭圆，如图b；若φ=π，轨迹为在二、四象限的直线段,如图c。因为φ=2π（f为超声波的频率）（公式1）若S2离开S1的距离为L=S2-S1=λ/2,则φ=π/2，随着

3、S2的移动，随之在0-π变化，萨茹图形也重复变化。所以由图形的变化可求出φ，与这种图形图c图b图a重复变化的相应的S2的移动距离为λ/2，L的长度可在一起上读出。便可根据公式c=fλ求出声速。1、共振法测声速由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后，波将在两端面间来回反射并且叠加，叠加的波可近似看作有驻波加行波的特征。由纵波的性质可以证明，当接收器断面按振动位移来说处于波节时，则按声压来说是处于波腹。当发生共振时，接收器端面近似为波节，接收到的声压最大，经接收器转换成的电信号也最强，升压变化和接受器位置的关系可从实验中测出。将示波器

4、调到只显示CH2，调节压电换能器的位置，使波形达到最大振幅，记录下此时换能器的位置，慢慢调节鼓轮，观察示波器波形的变化，在第二次出现最大振幅的时候再次记录下换能器的位置。以此类推，共测10组数据。图2测得的相邻两波腹的位置、，如图2左所示，即相邻两次出现最大振幅的时候位置，即可得λ=2

5、

6、。3、超声波的发射与接受-压能转化器（如图2右所示）发射或接受超声波的器件叫超声换能器（就是将超声转换为电信号）。本实验采用压电瓷换能器来实现声压和电压之间的转换，这类声速测量仪是利用压电体的逆压电效应，即在信号发生器产生的交变电压下，使压电体产生机械振

7、动，在空气中激发声波。压电瓷处于一交变电场中，会发生周期性的声场与缩短。当交变电场频率域压电瓷的固有频率相同时振幅最大。设个振动又被传递给变幅杆，使它产生沿轴向的振动，于是变幅杆的端面在空气中激发出声波。本实验中仪器的压电瓷振荡频率为40khz左右，相应的超声波波长约为几毫米。它的波长短，定向发射性能好。而变幅杆端面直径（为扩大直径另加一个环形薄片）比声波波长大得多，可近似认为发射面远处的声波是平面波。四、实验容按右图连接好线路，将测试方法设置到连续波方程，测量声波在空气中的速度。将信号源的发射信号与压电换能器接受的信号分别接到示波器的X

8、,Y轴输入端，了解一下压电瓷的简谐频率f，将信号输出调节至f的附近，将S2靠拢S1，移动刻度鼓轮，使S2缓慢离开S1，当示波器屏上出现图a中45度的斜线时，几下此时鼓轮的位置x1，继续缓慢移动鼓轮，记下示波器上的图形变为图c,时数显尺上的读数x2、x3...x12,同时记下相应的频率f.用逐差法处理数据，求出超声波的波长；求出频率的平均值，由c=fλ求出声速。记下室温t，根据理论公式c理=计算声速。其中是=273.15K时的声速，，，最后求测量值与理论值的百分误差。四、实验仪器(1)4325型示波器（2）SVX-5综合声速测试仪（3）连接

9、导线（4根)六、实验步骤1、位相法（1）打开压电换能器的开关，将超声波的频率调至40khz附近。将S1的输入信号接至示波器的X轴，S2接受的信号接至示波器的Y。（2）调整示波器，使其屏上显示稳定的的萨茹图形，再微调鼓轮，使屏上的丽萨图图形呈现为一直线。记下此时的鼓轮位置的读数。（3）转动鼓轮，使S2远离S1，当示波器上再次出现（2）中的图形时，记下此时鼓轮位置的读数x1和声速测试仪上显示的超声波的频率f1。重复此步骤，记下x2,x3...及相应的f2,f3...2、共振法将示波器调到只显示CH2，调节压电换能器的位置，使波形达到最大振幅，

10、记录下此时换能器的位置，慢慢调节鼓轮，观察示波器波形的变化，在第二次出现最大振幅的时候再次记录下换能器的位置。以此类推，共测10组数据实验完毕，将实验器材规整到位。分析数据，得出结论。七、实验