大学物理实验-预习导航 声速的测定.

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1 大学物理实验-预习导航 声速的测定

2 内容介绍 1，背景介绍 2，实验原理 3，仪器介绍 4，操作指南 5，数据处理要求

3 一、背景介绍（引言） 1、 声学是古老又年轻的学科，因为它有悠久的历史，并且近代声学研究已经广泛渗入到科学研究、国民经济以及国防建设等各个领域，并形成了一些新的交叉学科。 在应用研究方面，如超声马达的研究得到国家多项基金的支持，2001年研制出当时世界上最细的弯曲旋转超声马达。 在基础研究方面，曾在液晶非线性动力学问题 的研究中，发现指向波。

4 目前在进行研究课题有： 超声马达、热声制冷、声致发光，时空有限的波在界面上的反射、透 射、厅堂声混响、磁流体声波以及声波在工程检测中的应用等问题等。
声波是在弹性媒质中传播的一种机械波，由于其 振动方向与传播方向一致，故声波是纵波。振动频率 在20 Hz～20 kHz之间的声波可以被人们听到，称为 可闻声波；频率超过20KHz的声波称为超声波。 2、 对于声波特性的测量（如频率、波速、波长、声压衰 减和相位等）是声学应用技术中的一个重要内容， 特别是 声波波速（简称声速）的测量，在声波定位、 探伤、测距等应用中具有重要的意义。

5 声波的传播速度取决于介质的特性，如介质的密度、温度、压力和弹性模量等，同时声波的能量（声强）随着波动的进行在介质中传播。 3、
例 几种介质中的声速 介质 温度（°C） 声速(m/s) 空气（1atm） 331 20 343 水 1460 花岗岩 3950 铝 5100

6 二、实验原理 声速的测量方法可以分为两类 : 一类是根据运动学理论：V=L/T， 通过测量传播的距离L与所用的时间相比而获得V，
另一类是根据波动学理论V=F*λ, 通过测量声波的频率F与波长λ而获得V。

7 本实验采用波动学理论 方法进行。由于 超声波具有波长短，易于定向发射、相互干涉小等优点， 我们采用压电陶瓷换能器为波源进行声波发射与接收。在 测出声波的频率F与波长λ后利用公式得到V 。 （1） 式中，声波的频率F由信号发生器直接读出， 波长λ由共振干涉法或相位比较法分别测得。

8 四、仪器介绍 信号发生器 ， 示波器， 声速测定仪

9 压电陶瓷换能器 声速测定仪 示波器 Y 地 X 信号发生器 图1 返回

10 2．相位比较法 实验装置如图3所示 压电陶瓷换能器 声速测定仪 示波器 Y 地 X 信号发生器 图 3

11 四、操作指南 1、准备工作 按图7-21接线，发射端S1接信号发生器，接收端S2接 至示波器通道1（CH1）。调整测试系统的谐振频率，
略（P257(2)）

12 2、共振干涉法测声速 摇动声速测试仪手把，使接收端S2缓慢移动，由近及 远逐个记下示波器上相继出现10个信号极大值时的S2的位 置L1,L2…,L10,填入数据表，计算V 。 3、相位比较法测声速 按图7-22接线，发射端S1接信号发生器，接收端S2接 至示波器通道1（CH1）。再从信号发生器接示波器通道2 （CH2），按下示波器xy键，示波器将显示由CH1和CH2 的合成利萨如图形。 摇动声速测试仪手把，由近及远使S2缓慢移动，逐 个记下示波器上相继出现利萨如图形为斜线时的S2的位 置L1、L2、…、L10，填入数据表，计算V 。

13 五、数据表格 谐振频率F= Khz， 室温t= ºC, ps= , r= 。 序号i Li/mm ΔLi=Li+5—Li /mm 共振干涉法
相位比较法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值

14 数据处理要求 分别对两种方法的数据进行处理，计算λ、V测、V理、Er。 计算： 1）λ= 2）声速测量值V测= 3）声速理论值V理= 4）V测与V理的相对误差 Er= |V测—V理|/ V理*100%=