大学物理实验-预习导航

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大学物理实验-预习导航声速的测定北京工业大学李宝富\n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\n一、背景介绍（引言）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。1、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。\n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。2、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20Hz～20kHz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。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。\n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）0331空气（1atm）20343水201460花岗岩03950铝205100\n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。\n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。\n四、仪器介绍信号发生器，示波器，声速测定仪\n声速测定仪示波器Y地X信号发生器压电陶瓷换能器图1返回\n2．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\n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)）\n2、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。\n谐振频率F=Khz，室温t=ºC,ps=,r=。序号iLi/mmΔLi=Li+5—Li/mm共振干涉法相位比较法共振干涉法相位比较法12345678910平均值五、数据表格\n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%=