大学物理实验超声波速测量实验报告

大学物理实验超声波速测量实验报告 一实验目的 1. 了解超声波的物理特性及其产生机制； 2. 学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据； 3. 测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数； 4. 并运用超声波检测声场分布。 5. 学习超声波产生和接收原理， 6. 学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。 7. 观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射 二实验条件 HLD-SV-II 型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪 三实验原理 1 、超声波的有关物理知识 声波是一种在气体。液体、固体中传播的弹性波。声波按频率的高低分为次声波（f ＜20Hz）、声波（20Hz≤ f ≤20kHz）、超声波（f >20kHz）和特超声波（f ≥10MHz），如下图。 声波频谱分布图 振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波： 横波：质点振动方向和传播方向垂直的波，它只能在固体中传播。 纵波：质点振动方向和传播方向一致的波，它能在固体、液体、气体中的传播。 表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，介质表面的质点做椭圆的振动，因此 表面波只能在固体中传播且 随 深 度的增 加 衰 减 很 快 。 板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH 波与兰姆波。 超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特的特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远，而且在液体里的衰减和吸收是比较低的；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。 2、理想气体中的声速值 声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，因此传播速度可表示为 rRTV (1) 式中R 为气体普适常量(R=8.314J/(mol.k))， 是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)， 为分子量，T 为气体的热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则： tTT0 KT15.2730  代入式(1)得， 000001V1)(VTtTtTrRtTrR＝＝ (2) 对于空气介质，0℃时的声速0V =331.45m /s 。若同时考虑到空气中的蒸汽的影响，校准后声速公式为： smppTtw/)319.01)(1(45.331V0 (3) 式中wp 为蒸汽的分压强，p 为大气压强。 3、共振干涉法 设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果接收面与发射面严 格 平行 ，入射波即 在接收面上 垂 直 反射，入射波与反...