實驗名稱:波速的檢測1.實驗目的:
(1)了解超聲波的發射和接收方式。
(2)加深對震動合成、波動干涉等理論知識的理解。
(3)把握用串擾法和相位法測波速。
2.實驗器材:
示波器
波速儀
訊號發生器
3.實驗原理
由波動理論可知,聲速與波長、頻率有如下關系:v=fλ,只要曉得頻度和波長就可以求出聲速。本實驗通過低頻訊號發生器控制換能器,訊號發生器的輸出頻度就是聲波頻度。聲波的波長用串擾法(共振干涉法)和行波法(相位比較法)檢測。右圖是超聲波測波速實驗裝置圖。
串擾法測波長
由聲源發出的平面波經前方的平面反射后,入射波與發射波疊加大學物理實驗聲速測量注意事項,它們波動多項式分別是:
因而只要測得相鄰兩波腹(或波節)的位置Xn、Xn-1即可得波長。
相位比較法測波長
從換能器S1發出的超聲波抵達接收器S2,所以在同一時刻S1與S2處的波有一相位差:
其中l是波長,x為S1和S2之寬度離。由于x改變一個波長時,相位差就改變2p。借助李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。
4.實驗內容與步驟
1.調整儀器使系統處于最佳工作狀態,換能器共振頻度約為35KHz。
2.用串擾法(共振干涉法)測波長和波速。
3.用相位比較法測波長和波速。
注意事項
1.確保換能器S1和S2錐面的平行。
2.訊號發生器輸出訊號頻度與壓電換能器諧振頻度f0保持一致。
5.實驗記錄
1.相位法測光速如下
2.串擾法測光速如下:
6.數據處理及偏差剖析1.相位法測光速:
由excel表格得,平均數(第三行)
由逐差法得:
平均數為24.993
由以下兩個公式可得:
超聲波波長為:9.9732(mm)
波速為(m/s)348.8
2.串擾法測光速:
由excel表格得,平均數(第三行)
由逐差法得:
由以下兩個公式可得:
超聲波波長為:(mm)9.704
波速為(m/s)340.6
偏差剖析
共振頻度的不穩定。換能器的不完全平行。示波器上振幅極大值的不穩。隨著換能器的距離的降低能量會有減緩。檢測時會富含返程差。7.思索題及實驗小結
1.固定距離,改變頻度,以求波速。是否可行?
答:可行。改變頻度,測輸入輸出訊號的相位,從第一個同相的頻度,到另外一個同相的頻度,這么中間就差一個波長。估算兩個波長的差異,就可以算出波速。
2.各類二氧化碳中的波速是否相同?為何?
答:不一樣,聲音是一種波,受空氣阻力而衰減,空氣密度不同大學物理實驗聲速測量注意事項,聲波衰減不一樣,所以傳播速率不一樣。
實驗小結
本實驗的實驗難點有:
用相位比較法和串擾法(共振干涉儀)測波長和波速的原理及實現方式。正確使用示波器實現上述兩種方式的檢測。用逐差法處理數據,算出波速v和不確定度。須要加以注意。