入射超声波超声波在水中与空气中的衰减系数及反射系数测量自然界里有各种各样的波，但根据其性质基本上分为两大类：电磁波和机械波。电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场的变化在空间的传播过程，它传播的是电磁能量。无线电波、可见光和X线等，都是电磁波。电磁波可以在真空中和介质中传播。它在空气中传播的速度是310km/s。机械波是由于机械力（弹性力）的作用，机械振动在连续的弹性介质内的传播过程。它传播的是机械能量。我们熟悉的电波、水波和地震波等都是机械波。机械波只能在介质中传播不能在真空中传播。速度一般从每秒几百米至几千米，比电磁波速度要低得多。机械波按其频率可分成各种不同的波。次声波声音（可闻声波）超声波高频超声特高频超声<16Hz16-2X104HZ2X104^10SHZ10K-10WHZ>1010Hz一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应反射面超声波发生器图1.超声波波束在空气中的传播和反射y=Aexpi(wt-yx)]1)入02)数,k=芋是波矢。=eiwtTAe-axcoskx+RAea(x-2x0)cosk(x-2x)Looo--iAe-axsinkx-RAea(x-2x0)sink(x-2x)I00」4)(5设产生超声波的波源处于坐标系原点0,入射超声波波束沿坐标系x轴方向传播，其波动方程为：反射波的波动方程为：y=RAexp{(wt+y(x-2x))}反00其中，R为反射系数，y=k-ia为波的传播系数，a是介质的衰减系入射波和反射波在0~x区间叠加，其合成波的波动方程为:0y=Aexpi(wt-yx)」+RAexp{[®t+y3)合成波各点均作简谐振动,其振幅分布为：A=Ae-2ax+R2e2a(x-x0)+2Re-2ax0cos2k(x-x)-0-如果利用超声波接收器作反射面,则超声波接收器收到的合成波振幅为:A=A(1+R)e-ax0因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成,所以有：A=U(6)AU00其中U是信号发生器输出电压数值，U是示波器显示电压数值。0设超声波接收器在任意波峰位置处x时，示波器显示电压数值为U，iiIy二则（7）式可以写成:y=b-ax(10)利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。三、实验过程:(4/)=In(1+R)—ax(7)-A0=In(U/)-o-Uob=ln(1+R)(9)接收换能器发射换能器长方形水槽图3.水中衰减实验装置图图2.空气中衰减实验装置示意(1)超声波在损耗介质中的准驻波效应A=A(1+R)e-ax0其中，R为反射系数，a是介质的衰减系数。因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有:A=UA=U00其中U是信号发生器输出电压数值，U是示波器显示电压数值。0(2)分别测量多个峰值处的位置坐标x和峰值电压U，记入实验表ii格。(3)拟合曲线，分析数据。四、实验记录：数据频率f=37120Hz，室温T=27土1°C条件下，测量示波器上声压波形极大时的峰值电压和接收换能器的相应位置列于表一，表二。表一：测量超声波在空气中衰减系数的实验数据次数123456789101112距离(mm)4.649.3814.1218.8123.5828.2833.0331.8242.3147.2352.0856.84电压(V)11.911.610.59.688.247.286.725.924.805.325.004.80次数131415161718192021222324距离(mm)61.5066.2570.8975.7080.4484.9989.7894.7199.66104.07108.77113.5电压(V)4.804.684.684.244.404.003.963.723.003.403.403.24表二：测量超声波在水中的衰减系数的实验数据次数12345678910距离(mm)1416182022.5252729.53133电压(V)1.431.331.311.311.171.201.020.880.7680.704次数11121314151617181920距离(mm)36384042444649515355电压(V)0.60.520.540.530.440.520.480.520.510.50次数21222324252627282930距离(mm)57606264666870727477电压(V)0.500.500.480.480.490.460.490.490.500.49五、数据分析：(1)根据实验记录的数据，可以拟合出如下曲线，得到实验所测的衰减系数。图3.超声波在空气中的衰减率拟合曲线图4.超声波在水中的衰减率拟合曲线（2）剔除一些误差较大的数据，再次拟合曲线，所得结果如下表三：数据调整（空气）次数12345678距离(mm)4.649.3814.1218.8123.5828.2833.0331.82电压(V)11.911.610.59.688.247.286.725.92次数1314151617181920距离(mm)61.5066.2570.8975.7080.4484.9989.7894.71电压(V)4.804.684.684.244.404.003.963.72表四：数据调整(水)次数1314151617181920距离(mm)4042444649515355电压(V)0.540.530.440.52...
