《声速的测定》实验预习及报告
××大学实验预习报告(××组)
××学院 ××系 ××专业
××级 ××姓名 ××学号 ××日期
实验七:声速的测量
一:实验目的
用极值法和位相法测量空气中的声速
掌握用电声换能器进行电声转换的测量方法
学会用逐差法处理实验数据
进一步学习示波器的应用
二:实验仪器
SV6型超声速测量组合仪,SV5型声速测定专用信号源,双踪示波器
三:实验内容及数据记录
确定仪器组最佳工作频率
将测试方法设置到连续方式,观察示波器,移动找出接受波形的最大值,记录幅度为最大值时的距离;记下位置,调节,逐次记下振幅最大的,……共12个点,
,用逐差法处理12个数据即可得到接受波长,而声速,得到声速。
相位法:接受波接“CH1”,发射波接“CH2”,设置为“x-y”方式。适当调节示波器,出现wxdyd图。转动鼓轮,使波形成一斜线,记下位置,再向相同方向移动,直至变化成同一斜线,记下位置,则,多次测定取其平均值即可得到波长
=·
数据表格:
实验前t1= ℃ 试验后t2= ℃
××大学实验报告(××组)
××学院 ××系 ××专业
××级 ××姓名 ××学号 ××日期
实验七:声速的测量
一.实验目的
1.用极值法和位相法测量空气中的声速
2.掌握用电声换能器进行电声转换的测量方法
3.学会用逐差法处理实验数据
4.进一步学习示波器的应用
二.实验仪器
SV6型超声速测量组合仪,SV5型声速测定专用信号源,双踪示波器
三.实验原理
1.驻波法测声速
压电陶瓷换能器作为声波发射器,它由信号源供给频率37KHz左右的交流电信号,由逆压电效应发出一平面超声波,形成沿X方向传播的平面纵波,该纵波在传播过程中遇到作为声波接收器的声波换能器,接受声波信号的同时发射部分声波信号,如果接受面与严格平行,入射波即在接受面上垂直反射,入射波与发射波相干涉形成驻波,正压电效应将接受到的声压转换成电信号,该信号输入示波器,在示波器上可以看到一组由声压信号产生的正弦波形,实际上是两个相干波合成后在接收器处的振动情况,移动位置,由于声波传播的阻尼衰减,在示波器上显示会发现当在某些位置时,振幅会有驻波衰减变化的最小值或最大值。
设声源方程为: (1)
反射波的方程为: (2)
两波产生干涉时,他们的合振动方程
(3)
上式为驻波方程,当,时两波的位相相同,两波的叠加使得振幅最大,振幅为,称为波腹;当,时两波位相相反,叠加使得振幅最小,为,这些点称为波节,两相邻波腹或波节的距离为,即半波长。在连续多次单方向测量相隔半波长的的位置变化及声波频率,按逐差法算出波长,便可按求出声速。
2.相位法测声速
设声源的方程为,距声源处接收到的振动为,两处振动的相位差,通过测量相位差可以测得声速。
当把和的信号分别输入到示波器的X轴和Y轴,这是垂直方向两列正弦波的叠加,其合成的振动方程为椭圆方程:
(4)
由(4)式,当,两振动同向,这时方程变为:
(5)
这时合成的轨迹是一斜率为的直线。当,两振动反向,这时合成的轨迹是一斜率为的直线。当时,合成的轨迹是一椭圆: (6) 如果,这时椭圆运动方向与上述的相反。
合成轨迹如图:
wxdyd图
当移动x使得示波器上的wxdyd图形从一斜率为正的直线又回到原来的位置时,也就是x变化了一个波长,便可按求出声速。
四:实验内容步骤
1.确定仪器组最佳工作频率
2.将测试方法设置到连续方式,观察示波器,移动找出接受 形的最大值,记录幅度为最大值时的距离;记下位置 调节,逐次记下振幅最大的,……共12个点,
,用逐差法处理12个数据即可得到接受波长,而声速,得到声速。
3.相位法:接受波接“CH1”,发射波接“CH2”,设置为“x-y”方式。适当调节示波器,出现wxdyd图。转动鼓轮,使波形成一斜线,记下位置,再向相同方向移动,直至变化成同一斜线,记下位置,则,多次测定取其平均值即可得到波长
五.实验数据及处理
实验前温度:t1= 24.1℃ ,实验后温度:t2=24.9 ℃ 故取平均温度为实验时的温度:t= =24.5℃
1.驻波法:表格如下
频率的平均值:=38.073KHz
由此,实验测得声速为 =·=347.61(m?s)
而0摄氏度,1标准大气压下声速为 ,环境温度t =24.5℃,故理论上的声速应为
==346.00(m?s)
测量结果与理论值的定值误