大学物理仿真实验实验报告超声波测声速
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大学物理仿真实验实验报告
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超声波测声速
一实验原理
由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:v = f λ,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。
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:叠加后合成波为:
的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置:
( n =0,1,2,3……)
的各点振幅最小,称为波节,对应的位置:
( n =0,1,2,3……)
二实验仪器
1)声速的测量实验仪器
包括超声声速测定仪、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。
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。
4)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,可以求得空气中的声速。
三实验内容
1.调整仪器使系统处于最佳工作状态。 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端面的平行。
2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f 0保持一致。
三 数据记录与处理
基础数据记录
谐振频率=
驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
λ的平均值:==∑=6
1
61i i λλ(cm )
λ的不确定度:
)
1()(6
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ=(cm )
因为,λi = (1i+6-1i ) /3,Δ仪= 所以,=仪∆=
3
32λ
u (cm )
=+=22λ
λλσu S (mm ) 计算声速:
50.354==λυf (m/s )
计算不确定度:
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示:υ=(354±3)m/s ,=%
相位比较法测量声速
表2 相位比较法测量声速数据(相位变换2π)
λ的平均值:==∑=7
1
71i i λλ(cm )
λ的不确定度:
)
1()(7
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ=(cm )
因为,λi = (1i+7-1i ) /7,Δ仪= 所以,=仪∆=
3
72λ
u (cm )
=+=22λ
λλσu S (mm ) 计算声速:
31.353==λυf (m/s )
计算不确定度:
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示:υ=(353±3)m/s ,B=%
四 实验结论
1 利用驻波法测得声速为υ=(354±3)m/s
2 利用相位法测得声速为υ=(353±3)m/s
五 实验思考题
1.固定距离,改变频率,以求声速。是否可行
答: 能。因为v = f λ,已知频率f ,而且波长λ也能通过示波器图像读 出 所以可以用驻波法测量出声速。 各种气体中的声速是否相同为什么
答:不同。声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。