實驗原理
由波動理論可知,波速與波長、頻率有如下關系:v = f λ,只要知道頻率和波長就可以求出波速。本實驗通過低頻信號發(fā)生器控制換能器,信號發(fā)生器的輸出頻率就是聲波頻率。聲波的波長用駐波法(共振干涉法)和行波法(相位比較法)測量。下圖是超聲波測聲速實驗裝置圖。
n 駐波法測波長
由聲源發(fā)出的平面波經(jīng)前方的平面反射后,入射波與發(fā)射波疊加,它們波動方程分別是:
疊加后合成波為:
y = ( 2Acos2pX/l ) cos2p ft
cos2pX/l = ±1 的各點振幅最大,稱為波腹,對應的位置:
X =±nl/2 ( n =0,1,2,3……)
cos2pX/l = 0 的各點振幅最小,稱為波節(jié),對應的位置:
X = ±(2n+1)l/4 ( n =0,1,2,3……)
因此只要測得相鄰兩波腹(或波節(jié))的位置Xn、Xn-1即可得波長。
n 相位比較法測波長
從換能器S1發(fā)出的超聲波到達接收器S2,所以在同一時刻S1與S2處的波有一相位差:j = 2px/l其中l(wèi)是波長,x為S1和S2之間距離?。因為x改變一個波長時,相位差就改變2p。利用李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。
實驗重點
n 了解超聲波的發(fā)射和接收方法。
n 加深對振動合成、波動干涉等理論知識的理解。
n 掌握用駐波法和相位法測聲速。
注意事項
n 確保換能器S1和S2端面的平行。
n 信號發(fā)生器輸出信號頻率與壓電換能器諧振頻率f 0保持一致。