大学物理仿真试验仿真实验

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1、大学物理仿真实验实验名称:声速的测定目的要求：1.了解超声波的发射和接收方法。2.加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。3.掌握用驻波法和相位法测声速。实验原理：由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=fA,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。信号发生器示波器驻波法测波长设沿JV方向入射波的方程为:沿％负方向反射波方程为:j^2=Aco

2、s2^(/Z+-)z两波相遇干涉时，在空间某点的合振动方程为(驻波方程)：XXy=y}+y2=Acqs风ft--)+Acos2tt(^4--)ZZ(2Acos2^-—)cosftA当x=«A/2;(n=l,2,…)位置吋，声振动振幅最大，为2A,称为波腹，当%=(2z2-l)A/4/(n=l,2,…)位置上声振动振幅为零，这些点称为波节。其余各点的振幅在零和最大值之间。两相邻波腹(或波节：)间的距离为A/2即半波长。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S2&的波有一相位

3、差：瓜=2瓜/义其屮/I是波长，之间距离)。因为改变一个波长吋，相位差就改变2k。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。仪器用1.声速的测量实验仪器括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器。2.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。3.函数信号发生器提供•-定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。1.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。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气屮的声速。实验内容：1.调整仪器使系统

4、处于最佳工作状态。2.用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。3.用相位比较法测波长和声速。注意事项1.确保换能器S1和S2端而的平行。2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f。保持一致。实验数据：1、表1驻波法和相位比较法测定声速环境温度h=13.2°Cf2=13.2°C测量次数共振法直线斜相位法./(KHz)./(KHz)LXmm)135.9394.6235.9434.70235.9389.43-35.9449.44335.93814.2735.94414.17435.93818.96—35.9

5、4418.87535.93923.71+35.94423.58635.93928.35——35.94428.32735.94033.20+35.94433.05835.94137.93——35.94537.80935.94042.69+35.94542.631035.94147.46—35.94447.312、表2驻波法测定声速Z的逐差处理序号Z*12345—1、/I=一^為(mm)5i=2A=-(尽+5—A)9.499.519.469.499.509.49(mzn)A,•-00.02-0.0300.

6、01S7=0.008(醐o'•=1序号/12345678910z35.93935.93835.93835.93835.93935.93935.94035.94135.94035.9413、表3驻波法测定卢速/的数据处理7(愚)35.939-A)25(5-1)=0.008(mm)UA-SA=0.008(mm)UB==0.006(mm)-0.001-0.001-0.0010.0010.0020.0010.002=0.001S(Z-7)210(10-1)A=9.49(mm)/(//z)=35939(Hz)u=

7、A□/=341.1m/s=0.001(KHz?UA=Sf=0.001(KHz)UB=

8、(均匀分布)=-^=0.003(/^2)合成不确定度"广化=0.003（伽）由w=义1_]/得，U-=uql(^)2+(^)2=0.4mis得w=7±%(S/)=341.1土0.4mA标准状态下，干燥空气中声速为w。=331.5m/5,当t平也=13.2°C时心273.15m/s=339Am/s声速的相对误差1埋”1xl00%=0.59%w理序号z*123452A-=-(^+5_A)9.459.449.459.509.

9、49人―又-0.02-0.03-0.020.030.024、表4相位比较法测定声速I的逐差处理[(乂,-J)2=0.012(7/277?)_15(mm)5Z=1Sj=0.012(mm)9.47(/醐)5(5-1)uA=s-入=0.012(歷2)△仪_0.02Uu=—^r==0.006(/醐)合成不确定度t/z==O.Ol(mm)10(10-1)=0.0002(KHz)IVL(Z-7)2Ua=S7=0.0002(KHz)序号Z*1234567