大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速_大学物理实验超声声速测定
时间:2020-07-23 12:41:43 来源:天一资源网 本文已影响 人
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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
v = f λ,只要知道频率和波长由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系: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:
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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
)声速的测量实验仪器1 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
)超声声速测定仪2 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3)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。
)示波器4x, 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 示波器的上的图形。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
.调整仪器使系统处于最佳工作状态。1 .用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。2 .用相位比较法测波长和声速。3.
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注意事项* 端面的平行。和S21.确保换能器S1 .信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f保持一致。2
三 数据记录与处理 基础数据记录1.=33.5kHz 谐振频率
驻波法测量声速2. 驻波法测量声速数据表1
i+6 i cmλ= (1-11( cm)) /3() 1(cm)iiii+6i+61.057 7 1 12.232 9.060
1.067 8 2 9.574 12.774
1.065 10.122 3 9 13.316
1.056 10.652 4 13.820 10
14.352 11 5 11.178 1.058
12 14.846 6
1.048
11.700
1 1.0585(λ的平均值:cm) i6i?1λ的不确定度:
6?2)?(i1iS=0.002(cm) ?i(i?1)因为,λ= (1-1) /3,Δ=0.02mm iii+62?=u?0.000544(cm) 所以,?仪3322?Su0.021(mm) ?计算声速:
354.?f50(m/s)
f?1%0?.2 (kHz)f3 计算不确定度:223 ?((m/s)(?f))fυ(±)m/s,354=0.8%实验结果表示:3=
3. 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
1(cm) i
i+7
1(cm) i+7
λ= (1-1)/7(cm) ii+7i
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
71? ? )λ的平均值:1.1041(cm i71?i λ的不确定度:7?2)(?i1?i?S )0.002(cm=?)1(i?i=0.02mm ,Δ= (1-1) /7因为,λii+7i2=u )(cm所以,0.000233?仪3722?Su mm)0.020(? 计算声速:31353?f.? m/s)(%?1f?(kHz) ?2?0.f3 计算不确定度:22?(m/s) ()f?(3)f)±υ( ,353m/s3实验结果表示:=B=0.8% 实验结论四)(±υ 1 利用驻波法测得声速为m/s354=3)±υ( 2 利用相位法测得声速为m/s=3353实验思考题 五
1.固定距离,改变频率,以求声速。是否可行?
出ff λ,已知频率,而且波长λ也能通过示波器图像读= 因为 答:能。v
所以可以用驻波法测量出声速。
2.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。
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