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1、第24卷第4期大学物理实验Vol.24No.42011年8月PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEAug.2011文章编号:10072934(2011)04005003声速测量实验假象的探讨孙航宾,黄笃之,张禹涛(湖南科技大学,湖南湘潭411201)摘要:应用共振干涉测量法测定空气中的声速,相同条件下多台仪器重复测量实验,对实验结果进行数据处理和误差分析表明:对于某些声速测量仪,当换能器之间的距离小于10毫米时,在移动换能器测量声速的过程中出现了假峰现象,它对实验测量结果造成了很大影响。当使两换能器之
2、间的距离大于10毫米开始测量,可以避免假象对测量结果的影响。关键词:声速测量;共振干涉;假象;驻波中图分类号:O422.5文献标志码:A声速测量是普通物理实验的重要组成部[13]分,对于声波特性的测量是声学应用技术中的2问题的提出主要内容。在物理实验中,声速测量一般采用超[4]声波,通常采用共振干涉法。声波在媒质中的在共振干涉法测空气声速的实验中,既存在传播速度与传声媒质的特性及状态等因素有关。着随机误差也存在着系统误差,产生这些误差的通过测量媒质中的声速,可以了解被测媒质的特原因是多方面的。超声波在介质中传播时会被吸性
3、及状态变化。收,同时在发射面和反射面上存在散射和透射,能在普通物理实验中,通常利用在一对超声换量有所损耗,以至于反射波和入射波振幅不等。能器之间形成的驻波来测量声速,实验中改变接在多种因素的共同影响下,两个换能器之间形成收换能器器与发射换能器之间的距离L,根据接的不是严格的驻波。在实验教学中发现:有部分收换能器上的声压的改变,利用示波器测定波长,实验仪器,在两个换能器之间的距离小于10mm[5]最后得出声速。时,有假象出现。学生在实验时,通常是在两换能器之间的距离小于10mm时开始正式测量,由于1共振干涉法原理受到假象的影
4、响,实际计算出的声速与理论值差别很大。超声波声速的测量公式是=f,式中f为实验所用的22台声速测量仪,其中有7台仪超声波频率,由频率计直接读出;是超声波波器,在测量过程中出现了假象。在两换能器间距长,在实验中对它进行实际测量。当实验原理采用小于10mm时开始测量,不同实验条件下测量7驻波共振干涉法时,发射换能器发出的声波近次,每一次声压达到极大值时记录两换能器之间似于平面波,经接收换能器反射后,在两个端面之的距离x1,x2,x3,,所得数据如表1所示。间来回反射,并且叠加;当两个换能器之间的距离表1实验测量
5、原始数据等于半波长的整数倍时发生共振,出现共振驻波组数1234567现象,声压达到极大。实验测量的是各个共振态之频率f/kHz40.15240.15240.28740.28740.13740.19940.079间的距离,其中任意两个相邻共振态之间的距离x1/mm0.7810.6860.7350.7780.8470.8590.823是半波长/2。可以利用公式=f计算超声波x2/mm2.8862.8212.8872.9933.0823.2113.058[67]x的声速。3/mm4.9835.125.1155.3455
6、.3255.4125.283收稿日期:20101214声速测量实验假象的探讨51续表1续表3组数1234567组数1234567x4/mm7.1217.3867.3537.6987.6757.7437.5153/mm4.2494.5224.4544.6236.7994.6614.444x5/mm9.2329.6429.5699.96812.12410.0739.7274/mm6.3716.7516.6986.6258.9416.4936.680x6/mm13.49214.13714.05114.32316.61614
7、.23614.1955/mm8.4058.8798.9798.6808.9308.2499.043x7/mm17.63718.52118.54818.64821.05418.32218.776/mm8.5298.6328.9518.6798.8868.3008.939x8/mm22.02122.76923.00223.00225.50222.53623.1347/mm8.6328.9328.8378.7378.7588.4618.700x9/mm26.26927.45327.38527.38529.81226.7832
8、7.478/mm8.3329.0068.8248.7248.7848.4778.805x10/mm30.35331.77531.82631.72634.28631.01331.9399/mm8.3408.9088.7478.6538.8588.5299.061x11/mm34.6093
