v=f λ
测出声振动频率 f 和声波的波长 λ,就可算出声波 , 当然这仅仅是一种最简便的近似测量. 的波速 v.当然这仅仅是一种最简便的近似测量. 实验室中常利用, 测定波长λ 实验室中常利用,用振幅法,相位法测定波长 ,由 函数发生器或示波器直接读出频率 f. .
三,测量原理
1. 振幅法
振幅法也称驻波法. 振幅法也称驻波法.发射器发出的声波近似于平 面波.经接收器反射后,波将在两端面间来回反射,并 面波.经接收器反射后,波将在两端面间来回反射 并 且叠加. 且叠加.当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍 时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大. 时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大.由纵 波的性质可以证明,振动位移处于波节时, 波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处 于波腹. 于波腹. 位移
声压 S2 S1 返回
2. 相位法
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播. 波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播. 沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同(同相 同相: 沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同 同相 相 位差为0)或者说其相位差为 或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距 位差为 或者说其相位差为 的整数倍时两点间的距 离应等于波长λ的整数倍 的整数倍, 离应等于波长 的整数倍,即 l = n λ (n为一正整数) (n为一正整数 为一正整数) 利用这个公式可测量波长. 利用这个公式可测量波长. 相位法又可分为行波法和李萨如图形法. 相位法又可分为行波法和李萨如图形法. 行波法
读数装置
1.声速测量仪
压电陶瓷 换能器
手轮
底座
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传感器及它的内部结构
传感器是物理实验中常用的间接测量元件. 传感器是物理实验中常用的间接测量元件.本实验 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的, 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的,其中一个是用来 产生机械振动并在空气中激发出超声波. 产生机械振动并在空气中激发出超声波.另一个用来接收 振动,同时电输出端产生相应的电信号. 振动,同时电输出端产生相应的电信号.
声速的测量
物理实验中心
实 验 目 的
1,学会用振幅法何位相法测定空气 , 中的声速 2,学习数字式函数发生器,示波器 ,学习数字式函数发生器, 的使用 3,了解声速测量的应用和发展 ,
目
录
一,声速的特点 二,声速的实验原理 三,声速的测量原理
1. 振幅法 2. 相位法
四,实验仪器
1.声速测量仪 1.声速测量仪 2.传感器 2.传感器 3.示波器 3.示波器 4.信号发生器 4.信号发生器
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传感器内部结构
电输入或 输出端
压电陶瓷片
铝外壳
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示波器
返回
返回
四,实验内容及现象
1,谐振频率的调整 , 2,利用共振驻波法测量声速 , 3,利用行波法测量声速 , 4,利用李萨如图法测量声速 ,
1,谐振频率的调整
信号发生器: 信号发生器 20Vp-p 初始频率设置 初始频率设置 频率 39 kHz 示波器: 示波器: A 扫描模式 显示换能器接 显示换能器接 换能器 收端的 收端的信号 选择换能器接 选择换能器接 收端的信号作 收端的信号作 为触发源
,-空气分子的摩尔质 绝热系数, 摩尔气体常数 摩尔气体常数, 空气分子的摩尔质 绝热系数 量,T-绝对温度 绝对温度 下一页
由此可见, 有关, 由此可见,气体中的声速 v 和温度 T 有关,还与比热 有关,后两个因素与气体成分有关. 比 γ 及摩尔质量 有关,后两个因素与气体成分有关.因 根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量. 此,根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量. 在标准状态下,0 oC时,声速为 vo=331.45m/s,显 在标准状态下, 时 / , 然在 t oC时,干燥空气中声速的理论值应为 时
当改变换能器之间的距离时…… 当改变换能器之间的距离时
4,利用李萨如图法测量声速
保持刚才的接线,水平显示选择 保持刚才的接线,水平显示选择X-Y,当改变 , 换能器之间的距离时…… 换能器之间的距离时 返回
�
五,实验内容及现象 六,有关声波研究的应用和发展
一,声速的特点
频率在20～ 频率在 ～ 20000Hz的声振动在弹性媒质中所 的声振动在弹性媒质中所 激起的纵波称声波. 声波是一种机械波. 激起的纵波称声波 . 声波是一种机械波 . 频率超过 20000Hz的声波称为超声波 . 声波的频率, 波长, 速 的声波称为超声波. 声波的频率 , 波长 , 的声波称为超声波 相位等是声波的重要特性. 度,相位等是声波的重要特性. 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关,只 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关, 取决于空气本身的性质, 取决于空气本身的性质,因此有
改变信号发生器的频率时…… 改变信号发生器的频率时
2,利用振幅法测量声速
示波器: 示波器: 选择A 选择 扫 描模式 显示换能 显示换能 器接收端 的信号 选择换能 器接收端 的信号作 为触发源 改变换能器之间的距离时…… 改变换能器之间的距离时
3,利用行波法测量声速
示波器: 示波器: 选择A 选择 扫 描模式 同时显示 换能器接 收端和发 射端的两 射端的两 信号 选择换能 器发射端 的信号作 为触发源
x1 x2
l = λ = x2 x1
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李萨如图法
位相法的另一种测量方法是李萨如图法 当两路信号同时输入输入示波器时, 当两路信号同时输入输入示波器时,荧光屏上 将显示出两个同频率相互垂直的谐振动的叠加 图形—李 图形 李萨如图
φ2 φ1 =0
3 π π 3 π 7 π 2 π 5 π 4 2 4 4 2 4 两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 λ .
π
π
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三,实验仪器
本实验使用的仪器主要有: 本实验使用的仪器主要有 : 声 速测量仪, 函数发生器和示波器. 速测量仪, 函数发生器和示波器. 声速测量仪由 声速测量仪 由 : 超声压电陶瓷 换能器, 换能器,带有标尺的底座和读数装置 构成,用来作声压与电压之间的转换, 构成,用来作声压与电压之间的转换, 以及波长的测量. 以及波长的测量. 函数发生器用来产生超声波 用来产生超声波; 函数发生器用来产生超声波; 示波器用来观察超声波的振幅 用来观察超声波的振幅, 示波器 用来观察超声波的振幅 , 相位和频率. 相位和频率.
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行波法
将发射信号和接收信号同时输入到示波器, 将发射信号和接收信号同时输入到示波器 , 此 时示波器上同时显示的发送和接收电信号. 时示波器上同时显示的发送和接收电信号 . 当改变 两个换能器之间的距离时, 发送信号不变, 两个换能器之间的距离时 , 发送信号不变 , 而接收 电信号( 正弦波) 的幅值和位置均发生变化, 电信号 ( 正弦波 ) 的幅值和位置均发生变化 , 当接 收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时 接收器走过的距离,就是信号的波长. 接收器走过的距离,就是信号的波长.
273.15 + t v t = 331.45 273.15
由此我们也可以想象, 由此我们也可以想象,在极地和赤道声音传播的速度是 不同的 . 返回
二,实验原理
本实验是对超声波波速的测量. 测量声速最简单, 本实验是对超声波波速的测量 . 测量声速最简单 , 最有效的方法之一是利用声速v 最有效的方法之一是利用声速 ,振动频率 f 和波长 λ 之 间的基本关系, 间的基本关系,即