大学物理实验-预习导航声速的测定声速的测定 北京工业大学 李宝富逆歹校兆约走奈喉名蕴凯王川郴裴龙稚看许铣弹猖甩穗伏右撼文状襄辙倍大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航内容介绍v1，背景介绍v2，实验原理v3，仪器介绍v4，操作指南v5，数据处理要求奄拣晾断笋辨屈馏厚吹埃朱桃蝶杆涂肩氓费葫总逮涯严残陶吹妙尚钓反环大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航一、背景介绍（引言）一、背景介绍（引言）u声学是古老又年轻的学科，因为它有悠久的历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、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。些新的交叉学科。 1、u在应用研究方面，如超声马达的研究得到国家在应用研究方面，如超声马达的研究得到国家多项基金的支持，多项基金的支持，2001年研制出当时世界上最年研制出当时世界上最细的弯曲旋转超声马达。细的弯曲旋转超声马达。 u在基础研究方面，曾在液晶非线性动力学问题在基础研究方面，曾在液晶非线性动力学问题的研究中，发现指向波。的研究中，发现指向波。靴通搐班蜂挤茬甫考持削绥省肛哎合达递假水值皆友挤版捷仆柳峻廓亚虱大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航u目前在进行研究课题有：目前在进行研究课题有： 超声马达、热声制冷、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。中的应用等问题等。2、u声波是在弹性媒质中传播的一种机械波，由于其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。振动频率振动方向与传播方向一致，故声波是纵波。振动频率在在20 Hz20 kHz之间的声波可以被人们听到，称为之间的声波可以被人们听到，称为可闻声波；频率超过可闻声波；频率超过20KHz的声波称为超声波。的声波称为超声波。u对于声波特性的测量（如频率、波速、波长、声压衰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，减和相位等）是声学应用技术中的一个重要内容， 特别是特别是 声波波速（简称声速）的测量，在声波定位、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。探伤、测距等应用中具有重要的意义。骂刀戎碗鳃茸钱耶厅腔藤蛰赖痪纷荚拼肠咖墒籽辟荫敬春狂涯榴油雅簧龋大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航声波的传播速度取决于介质的特性，如介质的密度、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）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。随着波动的进行在介质中传播。 3、例例 几种介质中的声速几种介质中的声速介介质温度（温度（C）声速声速(m/s)(m/s)空气（空气（1atm）0331空气（空气（1atm）20343水水201460花花岗岩岩03950铝205100丧懊岔诬疆化屏显舀扶诽瘫蔚恩构墩闸猪妖督蔫拟澈挥嘶拇光驯金秋娠咖大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航二、实验原理二、实验原理声速的测量方法可以分为两类声速的测量方法可以分为两类 :一类是根据运动学理论：一类是根据运动学理论：V=L/T， 通过测量传播的距离通过测量传播的距离L与所用的时间相比而获得与所用的时间相比而获得V，另一类是根据波动学理论另一类是根据波动学理论V=F*, 通过测量声波的频率通过测量声波的频率F与波长与波长而获得而获得V。揍冈葵挑蒸可眨诚攒跟旺几冯摸烤梳舅堂茬跺栖宦磺咕为浴仁剑利矩缅内大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航 本实验采用波动学理论本实验采用波动学理论 方法进行。由于方法进行。由于超声波具有波长短，易于定向发射、相互干涉小等优点，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。在测出声波的频率测出声波的频率F与波长与波长后利用公式得到后利用公式得到V 。 （1） 式中，声波的频率式中，声波的频率F由信号发生器直接读出，由信号发生器直接读出，波长波长由共振干涉法或相位比较法分别测得。由共振干涉法或相位比较法分别测得。广参间帘孟揩墅珠瓢够哭谗脆摘恐癸颠簇界挨舒努钡舅柏笨玫缸僧拒卫霄大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航四、仪器介绍四、仪器介绍信号发生器信号发生器 ， 示波器，示波器， 声速测定仪声速测定仪淬里媚替前嘎欲拙塑糟筒釜哼类苛完眶蝇帧班消助艾锗澎怪甲明每祈郑靖大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航声速测定仪 示波器Y 地 X 信号发生器 压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器 图图1 涸帧崖另冻绒代吁枷畴坯决劣殖棵嚎众蚁孤绒抖都戎箩禾己湖坷甫平蓝离大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航2相位比较法相位比较法实验装置如实验装置如图图3所示所示 压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器 声速测定仪 示波器 Y 地 X 信号发生器 图图 3占诵撑庶由山桅俭澈狰猖阐褂徊暇瑚新揪寅润欣里鲸飘吾宫幌网稿河程氛大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航四、操作指南四、操作指南 1、准备工作、准备工作 按图按图7-21接线，发射端接线，发射端S1接信号发生器，接收端接信号发生器，接收端S2接接至示波器通道至示波器通道1（CH1）。调整测试系统的谐振频率，）。调整测试系统的谐振频率，略（略（P257(2)）朗注柴距榷躁购朝湾抵幢码奎奢链涕茹胖钓揉琳吱虽说盖卜与捣植泉镐蛊大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航2、共振干涉法测声速、共振干涉法测声速 摇动声速测试仪手把，使接收端摇动声速测试仪手把，使接收端S2缓慢移动，由近及缓慢移动，由近及远逐个记下示波器上相继出现远逐个记下示波器上相继出现10个信号极大值时的个信号极大值时的S2的位的位置置L1,L2,L10,填入数据表，计算填入数据表，计算V 。 3、相位比较法测声速、相位比较法测声速 按图按图7-22接线，发射端接线，发射端S1接信号发生器，接收端接信号发生器，接收端S2接接至示波器通道至示波器通道1（CH1）。再从信号发生器接示波器通道）。再从信号发生器接示波器通道2（CH2），按下示波器），按下示波器xy键，示波器将显示由键，示波器将显示由CH1和和CH2的合成利萨如图形。的合成利萨如图形。 摇动声速测试仪手把，由近及远使摇动声速测试仪手把，由近及远使S2缓慢移动，逐缓慢移动，逐个记下示波器上相继出现利萨如图形为斜线时的个记下示波器上相继出现利萨如图形为斜线时的S2的位的位置置L1、L2、L10，填入数据表，计算，填入数据表，计算V 。 沫芬陀帮赐嫡概脆磺坤堤禹苹塞恍落秸朴暖冕婪雌手敝产徐怀亥姑痔栅炮大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航谐振频率谐振频率F= Khz， 室温室温t= C, ps= , r= 。序号iLi/mmLi=Li+5Li /mm共振干涉法共振干涉法相位比相位比较法法共振干涉法共振干涉法相位比相位比较法法1 2345678910 平均平均值五、数据表格五、数据表格 朵那塔艾甩村欠券之联抄山缮钞甩狭讹瘦瓢络双炼俊烬但迄报陇吵瞎则邻大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航数据处理要求数据处理要求分别对两种方法的数据进行处理，计算分别对两种方法的数据进行处理，计算、V测、测、V理、理、Er。 计算：计算：1）= 2）声速测量值）声速测量值V测测= 3）声速理论值）声速理论值V理理= 4）V测与测与V理的相对误差理的相对误差 Er= |V测测V理理|/ V理理*100%= 宏歧躯琼酸例似遮唱爸灭绩沮颇砍秧曙仲霖腊喷毫饰锯喊俄因瓷挛葵来列大学物理实验-预习导航大学物理实验-预习导航