物理实验-声速的测量与示波器的使用优秀PPT.ppt

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1、声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院一、试验目的1.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参数之间 的关系；2.了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成理 论的理解；3.驾驭示波器的运用方法；4.学会一种测量空气中声速的方法。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院二、试验原理1.声波在空气中的传播速度空气中传播的声波的传播速度(声速)可写为：(18-3)其中，T0=273.15 K，t为环境温度。式(18-3)可作为空气中声速的理论计算公式。2.空气中声速的测量原理(1)测声速的基本原理由声速与频率、波长间的关系：v=f (18-4)可知，测出

2、声波的频率f与波长，即可由式(18-4)算出声速v。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院(2)用共振干涉(驻波)法测量声波的波长 用共振干涉法测量声波的波长的试验装置如图所示。用共振干涉（驻波）法测量声波的波长的试验装置用共振干涉（驻波）法测量声波的波长的试验装置声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院依波动理论，设沿X方向射出的入射波方程为：反射波方程为：在随意时刻t，空气中某一位置处的合振动方程为：上式即为驻波方程上式即为驻波方程。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院(3)相位比较(行波)法测声波波长用相位比较法测量

3、声波的波长的试验装置如下图所示：相位比较相位比较(行波行波)法测量声波的波长的试验装置法测量声波的波长的试验装置 声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院 当放射器与接收器之间距离为L时，在放射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信号之间将有相位差=2L/=2n+若将放射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信号分别接到示波器的X及Y输入端，则相互垂直的同频率正弦波干涉，其合成轨迹称为李萨如图，如图所示。相位差不同时的李萨如图相位差不同时的李萨如图声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院三、试验仪器ZKY-SSA型超声声速测定仪；XD-7S低频信号发生器；

4、COS5020B型通用示波器。四、试验内容和步骤1.熟悉仪器按图18-1接好线路，比照仪器细致阅读“试验仪器”部分的内容。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院 由波腹(或波节)条件可知，相邻两个波腹(或波节)间的距离为/2 ，当S1和S2间的距离L恰好等于半波长的整数倍，即L=n/2，n=0，1，2，3 时，声振幅为极大值。此时接收换能器S2接收到的声压也是极大值，在示波器上视察到的经S2转换成的电信号也是极大值。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院2.仪器的调整(1)将接收换能器S2向放射换能器靠拢并留意留有约1 cm左右的间隙(2)调整设

5、置低频信号发生器,先调整“频率粗调钮11”再调整“频率细调钮10”，使“频率数码显示12”所显示的频率读数处于换能器的谐振频率范围3040 kHz之间。(3)将接收换能器S2的输出端信号线接入示波器的“CH2通道(垂直)信号输入端10”。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院3.谐振状态的确定用示波器视察由S2接收并转换成的电信号。调整信号发生器的“频率粗调钮11”及“频率细调钮10”，使示波器显示的波形振幅最大。此时信号发生器的工作频率即为换能器的固有频率。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院4.S2的起始最大值位置的确定 缓慢移动S2，可在

6、示波器上视察到波形振幅的变更。将S2移到某一振幅最大处，固定S2，记录下S2对应的卡尺读数作为第一个极大值位置数据S1，作为测量S2与S1之间距离L的起始位置。5.用干涉法测声速 为提高试验精度，充分利用数据资源，本试验接受逐差法处理数据。为此，须要测量两组数据，使两组数据中相互对应的项间相差20个半波长。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院6.记录室内温度记录下试验时试验室内的温度t，用于计算声速的理论预期值，供与试验结果比较之用。7.相位比较(行波)法测声波波长（用另一种方法验证测量结果）把接收换能器S2接入示波器的1通道，用三通BNC接头从信号源引出另一路信号接

7、入示波器的2通道，使示波器处于“（X-Y）”工作状态.声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院此时相互垂直的同频率正弦波干涉，其合成轨迹称为李萨如图，如图18-3所示。五、留意事项1.试验过程中要保持信号发生器的工作频率始终工作于换能器的固有频率上，并保持输出电压基本不变。2.试验中应留意保持换能器放射面与接收面的平行。声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院六、试验数据的记录与处理1.频率的测量：f=0.05 kHz;f=0.05 kHz2.波长的测量：室温t=;10个波长的仪器误差仪=0.02 mm声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院(1)10的A类不确定度：(2)10的B类不确定度：(3)10的总不确定度：mm mm mm(4)=(Sj-i10)/10=mm3.计算出波速值：(1)=m/s声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院(2)(3)=m/s m/s%(4)4.与理论预期值比较：(1)=m/s(2)v=v理-v=m/s(3)Er=v/v理100%=声速的测量与示波器的使用声速的测量与示波器的使用 理学院理学院七、探讨题1.本试验为什么要在换能器谐振状态下测定空气中的声速?2.为什么试验中要保持换能器放射面与接受面的平行?