大学物理仿真实验实验报告超声波测声速
时间:2020-10-13 08:50:24 来源:工作范文网 本文已影响 人
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f0保持一致。
三 数据记录与处理
基础数据记录
谐振频率=33.5kHz
驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
i
1i(cm)
i+6
1i+6(cm)
λi= (1i+6-1i) /3(cm)
1
9.060
7
12.232
1.057
2
9.574
8
12.774
1.067
3
10.122
9
13.316
1.065
4
10.652
10
13.820
1.056
5
11.178
11
14.352
1.058
6
11.700
12
14.846
1.048
λ的平均值: SKIPIF 1 < 0 1.0585(cm)
λ的不确定度:
SKIPIF 1 < 0 =0.002(cm)
因为,λi= (1i+6-1i) /3,Δ仪=0.02mm
所以, SKIPIF 1 < 0 0.000544(cm)
SKIPIF 1 < 0 0.021(mm)
计算声速:
SKIPIF 1 < 0 (m/s)
计算不确定度: SKIPIF 1 < 0
实验结果表示:υ=(354±3)m/s,=0.8%
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)
i
1i(cm)
i+7
1i+7(cm)
λi= (1i+7-1i)/7(cm)
谐振频率
1
8.162
8
15.926
1.109
f=32.0kHz
2
9.282
9
17.050
1.110
3
10400
10
18.220
1.107
4
11.512
11
19.206
1.099
5
12.600
12
20.290
1.099
6
13.722
13
21.460
1.105
7
14.832
14
22.532
1.100
λ的平均值: SKIPIF 1 < 0 1.1041(cm)
λ的不确定度:
SKIPIF 1 < 0 =0.002(cm)
因为,λi= (1i+7-1i) /7,Δ仪=0.02mm
所以, SKIPIF 1 < 0 0.000233(cm)
SKIPIF 1 < 0 0.020(mm)
计算声速:
SKIPIF 1 < 0 (m/s)
计算不确定度: SKIPIF 1 < 0
实验结果表示:υ=(353±3)m/s,B=0.8%
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。