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浙江理工大学物理实验中心

浙江理工大学物理实验中心. 声速的测量. 声速的测量.  实验目的.  背景及意义.  实验装置.  实验原理.  内容及步骤.  数据处理.  思考与讨论. 背景及意义. 在弹性介质中，由机械振动所激起的波称为声波。人耳能听到的声波的频率在 20Hz ～ 20000Hz 之间。频率超过 20000Hz 称为超声波，低于 20Hz 称为次声波。声波是在弹性媒质中传播的一种机械波、纵波，其在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。

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Presentation Transcript

  1. 浙江理工大学物理实验中心 声速的测量

  2. 声速的测量 实验目的 背景及意义 实验装置 实验原理 内容及步骤 数据处理 思考与讨论

  3. 背景及意义 在弹性介质中，由机械振动所激起的波称为声波。人耳能听到的声波的频率在20Hz～20000Hz之间。频率超过20000Hz称为超声波，低于20Hz称为次声波。声波是在弹性媒质中传播的一种机械波、纵波，其在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。 通过媒质中声速的测量，可以了解被测媒质的特性或状态变化，因而声速测量有非常广泛的应用，如无损检测、测距和定位、测气体温度的瞬间变化、测液体的流速、测材料的弹性模量等。

  4. 实验目的 1．学习用共振干涉法和相位比较法测量声速。 2．了解利用电声换能器进行电声转换和测量的方法。 3．培养对声学、电学等不同类型仪器综合使用能力。

  5. 实验原理 1. 压电陶瓷超声换能器 压电陶瓷超声换能器是发生和接收超声波的器件。其核心部分室压电陶瓷片，用多晶体结构当压电材料,在一定温度下经极化处理而成。 压电陶瓷片两端受到应力T到作用与两端面间产生电场强度E之间有简单的线性关系，E＝σT，这就是压电效应。反之，当在压电陶瓷片两端加一电场E时，陶瓷片产生的伸缩形变S与电场E也有线性关系S＝dE，即逆压电效应。

  6. 2. 共振干涉法测量声速 当两压电陶瓷间距满足 时，在S1和S2空间因入射波与反射波干涉形成驻波，反射面处为位移的波节，声压的波腹，通过S2传感器转换的电压最大，示波器显示波形的波幅最大。 测出相邻两次接收信号电压达到最大值时,接收面S2移动的距离Δx，则可求得声波的波长λ(λ=2Δx), 从而求得声速 V=fλ。

  7. 3．位相比较法 距声源x处S2接收到的振动方程： 移动S2，当合振动由斜率为正的直线变为斜率为负的直线时，S2移动的距离为:Δx=（2n+1)λ/2－nλ=λ/2，则有λ=2Δx。

  8. 实验装置 • 声速测量仪 函数信号发生器 示波器

  9. 内容及步骤 1.调节谐振频率使荧光屏上波形振幅最大,记录此时的频率,即为共振频率f共。 2.共振干涉法测声速: 示波器置于观察波形状态,将S2由近(靠近S1)及远,逐次记下各振幅最大时S2的位置读数:x0,x1,x2,…x9.用逐差法处理数据。 3.相位比较法测声速: 示波器置于观察李萨如图形状态, 将S2由近(靠近S1)及远，逐次记下荧光屏上斜率正负变化的直出现时S2的位置读数:x0,x1,x2,…x9。然后用逐差法处理数据。

  10. 数据处理 自拟表格记录数据,并按要求完成实验报告。

  11. 1．测量时，旋转鼓轮应向同一方向旋转， 以避免空程误差。 • 2．电源接通时，两超声换能器不得接触。 注意事项

  12. 1．声速测量中的共振干涉法和位相比较法有何异同?1．声速测量中的共振干涉法和位相比较法有何异同? 2．本实验为什么要在谐振频率条件下进行声速测量?如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态? ３．两列波在空间相遇时产生驻波的条件是什么?如果发射面Sl和接收面S2不平行，结果怎样？ ４．相位比较法中作一个周期变化和共振干涉法中作一个周期变化，S2移动距离是否相同？ ５．相位比较法为什么选直线图形作为测量基准?从斜率为正的直线变到斜率为负的直线相位改变了多少? ６．在相应比较法中，调节哪些旋钮可改变直线的斜率?调节哪些旋钮可改变李莎如图形的形状? 思考与讨论

  13. 收获在于努力！

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