用驻波法测声速实验目的
1.学会用驻波法测空气中的声速
2.学会用逐差法处理实验数据
实验仪器
实验原理
频率介于20Hz ～20kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波,介于20kHz ～500MHz 的称为超声波,超声波的传播速度就就是声波的传播速度,而超声波具有波长短,易于定向发射与会聚等优点,声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz ～60kHz 之间。在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
使S1发出一平面波。S2作为超声波接收头,把接收到的声压转换成交变的正弦电压信号后输入示波器观察,示波器置扫描方式。S2在接收超声波的同时还反射一部分超声波。这样,由S1发出的超声波与由S2反射的超声波在S1与S2之间产生定域干涉。
当S1与S2之间的距离L 恰好等于半波长的整数倍时,即 2
λ
k
L =, k = 0,1,2,3 …… ;
形成驻波共振。任意两个相邻的共振态之间,S2的位移为, 2
22)
1(1λ
λλ=
-+=-=?+k
k L L L k k
所以当S1与化,相当于S1与S2之间的距离改变了
2λ。此距离2
λ可由读数标尺测得,频率f 由信号发生器读得,由f ?=λυ即可求得声速。
实验步骤
只有当换能器S1与S2发射面与接收面保持平行时才有较好的接收效果;为了得到较清晰的接收波形,应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器S1谐振频率点处,才能较好地进行声能与电能的相互转换,提高测量精度,以得到较好的实验效果。
超声换能器工作状态的调节方法如下:各仪器都正常工作以后,首先调节声速测试仪信号源输出电压(100mV～500mV之间),调节信号频率(在25～45kHz),观察频率调整时接收波的电压幅度变化,在某一频率点处(34、5～37、5kHz之间)电压幅度最大,同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮,此频率即就是压电换能器S1、S2相匹配的频率点,记录频率νi ,改变S1与S2之间的距离,适当选择位置(即:至示波器屏上呈现出最大电压波形幅度时的位置),再微调信号频率,如此重复调
整,再次测定工作频率,共测5次,取平均值 0 。
将测试方法设置到连续波方式,把声速测试仪信号源调到共振工作频率(根据共振特点观察波幅变化进行调节)。
、在共振频率下,将S2移近S1处,依次记下各振幅最大时的读数标尺位置L
1…共10个值;
L
2
记下室温t ;
实验数据