声速测量 一、 实验项目名称:声速测量 二、 实验目的 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法 2.理解驻波和振动合成理论 3.学会逐差法进行数据处理 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力 三、 实验原理 声波的传播速度 与声波频率和波长的关系为: 可见,只要测出声波的频率和波长,即可求出声速。可由声源的振动频率得到,因此,实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点,实验中可以采用几种不同的方法测出超声波的波长: 1. 驻波法(共振干涉法) 如右图所示,实验时将信号发生器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上,超声发射换能器通过电声转换,将电压信号变为超声波,以超声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换,将声波信号变为电压信号后,送入示波器观察。 由声波传播理论可知,从发射换能器发出一定频率的平面声波,经过空气传播,到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行,即入射波在接收面上垂直反射,入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时,两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中,波腹处声压(空气中由于声扰动而 引 起 的超出静 态 大 气压强 的那部 分 压强 )最 小 ,而 波节 处声压最 大 。当 接收换能器的反射界 面处为波节 时,声压效 应 最 大 ,经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅 值 也 是极 大 值 ,所以可从接收换能器端 面声压的变化 来判 断 超声波驻波是否 形成。 移 动卡 尺 游 标 ,改 变两只换能器端 面的距离,在一系列 特定的距vffv ff离 上 , 媒 质 中 将 出 现 稳 定 的 驻 波 共 振 现 象 , 此 时 , 两 换 能 器 间 的 距 离等 于 半 波 长 的 整 数 倍 , 只 要 我 们 监 测 接 收 换 能 器 输 出 电 压 幅 度 的 变 化 ,记 录 下 相 邻 两 次 出 现 最 大 电 压 数 值 时 ( 即 接 收 器 位 于 波 节 处 ) 卡 尺 的读 数 ( 两 读 数 之 差 的 绝 对 值 等 于 半 波 长 ), 则 根 据 公 式 :就 可 算出 超 声 波 在 空 气 中 的 传 播 速 度 , 其 中 超 声 波 的 频 率 可 由 信 号 发 生 器 直接 读 得 。 2.相 位 比 较 法 实 验 接 线 如 下 图 所 示 。 波 是 振...