超声波测声速实验报告

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1、大物仿真实验：超短波测量声速超声波测量声速实验报告——大学物理仿真实验学院：生命学院班级：生基硕01姓名：廖崇兵学号：10123011实验日期：2011年6月3日—9日交报告日期：2011年6月10日6大物仿真实验：超短波测量声速一、实验目的1.了解超声波的产生、发射和接收的方法；2.用驻波法和相位比较法测声速。二、实验仪器1.超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。2.函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。3.示波器：示波器的x,y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。

2、并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。三、实验原理由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=fλ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。图1实验装置和接线图1.驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：y1=Acos2πft-xλy2=Acos2πft+xλ叠加后合成波为：y=(2Acos2πxλ)cos2πftc

3、os2πxλ=±1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±nλ2(n=0,1,2,3…)；cos2πxλ=0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±（2n+1）λ4(n=0,1,2,3…)。因此，只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn+1即可得波长。6大物仿真实验：超短波测量声速1.相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：φ=2πxλ(其中λ是波长，x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。一、实验步骤1.连接仪器。

4、按照图1连接好仪器，使用前开机预热10min，自动工作在连续被方式，选择的介质为空气，观察S1和S2是否平行。图2接线截图2.测量信号源的输出频率f0。将示波器调整为y-t模式，观察到正弦信号的波形，使S1和S2间的距离约为5cm；调节信号发射强度，波幅为5V，在350（100MHz）附近调节频率，同时观察波形，使信号幅度最大，此时频率为329（100MHz），即为本系统的谐振频率。3.驻波法测波长和声速。向右缓慢移动S2，观察示波器正弦信号的变化，选择信号最大位置开始读数，记为xi，取i=10，用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率f0计算声波

5、波速和误差。4.用相位比较法测波长和声速。将示波器调整为X-Y工作方式。观察示波器出现的李萨如图形，缓慢移动S2，当重复出现该图形时，说明相位变化了2π，即S1和S2之间移动了一个波长。沿右连续测量10个周期，用逐差法处理数据，求出波长、声速及误差。6大物仿真实验：超短波测量声速李萨如图形图3Ф=0图4Ф=π图5Ф=π4图8Ф=π2图6Ф=π2图9Ф=7π4图7Ф=3π4图10Ф=2π6大物仿真实验：超短波测量声速一、数据记录及处理1．基础数据记录谐振频率f0=33.5kHz2．驻波法测量声速表1驻波法测量声速数据i1i（cm）i+61i+6（cm

6、）λi=(1i+6-1i)/3（cm）19.062712.2341.05729.576812.7761.067310.124913.3141.063410.6501013.8221.057511.1801114.3541.058611.7021214.8441.047λ的平均值：1.0582（cm）λ的不确定度：＝0.002（cm）因为，λi=(1i+6-1i)/3，Δ仪=0.02mm所以，0.000544（cm）0.021（mm）计算声速：（m/s）计算不确定度：实验结果表示：υ=（354±3）m/s，Ev=0.8%3．相位比较法测量声速表2相位

7、比较法测量声速数据（相位变换2π）i1i（cm）i+71i+7（cm）λi=(1i+7-1i)/7（cm）谐振频率18.162815.9261.109f=32.0kHz29.282917.0501.1103104001018.2201.107411.5121119.2061.099512.6001220.2901.099613.7221321.4601.105714.8321422.5321.1006大物仿真实验：超短波测量声速λ的平均值：1.1041（cm）λ的不确定度：＝0.002（cm）因为，λi=(1i+7-1i)/7，Δ仪=0.02mm所

8、以，0.000233（cm）0.020（mm）计算声速：（m/s）计算不确定度：实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B