1、聲速檢測一、實驗項目名稱：波速檢測二、實驗目的1.學會檢測超聲波在空氣中的傳播速率的方式2.理解串擾和震動合成理論3.學會逐差法進行數據處理4.了解壓電換能器的功能和培養綜合使用儀器的能力三、實驗原理聲波的傳播速率與聲波頻度和波長的關系為：可見，只要測出聲波的頻度和波長，即可求出波速。可由聲源的震動頻度得到，為此，實驗的關鍵就是怎樣測定聲波波長。按照超聲波的特性，實驗中可以采用幾種不同的方式測出超聲波的波長：1.串擾法（共振干涉法）如下圖所示，實驗時將訊號發生器輸出的余弦電流訊號接到發射超聲換能器上，超聲發射換能器通過電聲轉換，將電流訊號變為超聲波，以超聲波方式發射出去。接收換能器通過
2、聲電轉換，將聲波訊號變為電流訊號后，送入示波器觀察。由聲波傳播理論可知，從發射換能器發出一定頻度的平面聲波，經過空氣傳播，抵達接收換能器。假如接收面和發射面嚴格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波與反射波互相干涉產生串擾。此時，兩換能器之間的距離恰好等于其聲波半波長的整數倍。在聲串擾中，波腹處信噪比（空氣中因為聲擾動而導致的超出靜態大氣浮力的那部份浮力）最小，而波節處響度最大。當接收換能器的反射界面處為波節時，響度效應最大，經接收器轉換成聯通號后從示波器上觀察到的電流訊號幅值也是極大值，所以可從接收換能器錐面響度的變化來判定超聲波串擾是否產生。聯通千分尺游標，改變兩只換能器錐面的距離，在一系列
3、特定的距離上，媒質上將出現穩定的串擾共振現象，此時，兩換能器間的距離等于半波長的整數倍，只要我們檢測接收換能器輸出電流幅度的變化，記錄下相鄰兩次出現最大電流數值時（即接收器坐落波節處）千分尺的讀數（兩讀數之差的絕對值等于半波長），則按照公式：就可算出超聲波在空氣中的傳播速率，其中超聲波的頻度可由訊號發生器直接讀得。2.相位比較法實驗接線如右圖所示。波是震動狀態的傳播，也可以說是位相的傳播。在聲波傳播方向上，所有質點的震動位相逐一落后，各點的震動位相又隨時間變化。聲波波源和接收點存在著位相差，而那位相差則可以通過比較接收換能器輸出的聯通號與發射換能器輸入的余弦交變電流信號的位相關系中得出，并可借助
4、示波器的李薩如圖形來觀察。位相差和角頻度、傳播時間t之間有如下關系：同時有，（式中T為周期）代入上式得：當（n=1，2，3，.）時，可得。由上式可知：當接收點和波源的距離變化等于一個波長時，則接收點和波源的位相差也剛好變化一個周期（即=2）。實驗時，通過改變發射器與接收器之間的距離，觀察到相位的變化。當相位差改變時，相應距離的改變量即為半個波長。按照波長和頻度即可求出聲速。四、實驗儀器波速檢測儀、示波器、信號源五、實驗內容及步驟1、測量波速測定儀的共振頻度：不斷改變訊號源所形成的頻度，觀察波形2峰值的變化。通過旋轉鼓輪觀察波形2的峰值，當旋轉鼓輪前進或倒退，2波形的最大峰值均減少，
5、則此時為共振頻度。2、用串擾法（共振法）測波速：示波器采用YT模式，記錄節點的位置，節點處振幅為零即響度最大，對應的振幅最大，通過旋轉鼓輪觀察波形2的峰值，當旋轉鼓輪前進或倒退，2波形的最大峰值均減少，則此目標為節點位置物理實驗聲速的測定，記錄此時的刻度物理實驗聲速的測定，記為第一個節點，用同樣的方式找尋下一個節點，直至第10個。3、用相位比較法（李薩如圖形法）測波速：示波器轉換成XY模式，通過旋轉鼓輪找直線圖形，記錄此時的刻度，依次記錄10個相同形狀的直線的位置。六、數據記錄及處理（一定要有數據估算的具體步驟，要進行不確定度的估算）1、駐波法f37.用串擾法測得V=347.3035（m·s-1）不確
6、定度抒發結果V=（347.3035±0.0093）m·s-1相對偏差為1.13672、相位法f37.用串擾法測得V=347.2003（m·s-1）不確定度抒發結果V=（347.2003±0.0109）m·s-1相對偏差為1.1067七、實驗結果剖析與小結偏差剖析通過估算發覺，兩種方式波速檢測值都比理論值偏大。我覺得有以下幾個誘因：1、測量偏差，讀數時不夠精確，觀察波形峰值時存在偏差。2、旋轉鼓輪車速渡過快，且有部份數據存在斜度差。3、儀器本身存在的偏差。4、觀察李薩如圖像時圖象較小，觀察重合時造成偏差很大。5、空氣
7、中富含水蒸氣及其它雜質，聲音在這種物質中的傳播速率都要比在空氣中的傳播速率大。實驗看法通過此次實驗，我學習了波速檢測的相關原理。其實，在其中也遇見了好多問題。諸如在操作過程中示波器在的2波形超過了屏幕，通過調節位置和格數按鍵使其全部顯示在屏幕上。在讀數時也想起了螺旋測微計讀數技巧，他比游標千分尺更精確。了解了壓電換能器的工作原理，換能器要在諧振頻度條件下進行波速測定，由于在諧振頻度下，反射面之間的信噪比達極大值。這樣從示波器上觀察到的電流訊號幅值為最大，因而更利于觀察。在實驗過程中必須有耐心，例如用串擾法確定節點位置時必須漸漸來，不能調節太快。要清除斜度差就要注意單方向旋轉。對于串擾法和相位比較法也有了一個大約的了解和比較。波速檢測中的串擾法是觀測聲波與其反射波所產生的串擾。因為，改變半個波長的傳播路程,串擾的升幅會變化一個周期。相位法是比較接收波與發射波的相位差，在示波器上產生李薩如圖。但我覺得兩種方式都是用同樣儀器完成，所以從本質上來說沒有區別。對于科學原理和現象，我們也應當從不同的角度去驗證他的正確性。實驗過后，我又有了一點思索。共振頻度其實是固定的，并且作為我們檢測的確切性來說，我認為也應當多次檢測。這些檢測聲波速率的方式，對于一切以波的方式傳播來說，是不是都可以檢測他的速率呢。這些實驗模式對我們獨立思索做事的能力會有很大提高。八、附上原始數據