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南昌大学物理实验报告课程名称:大学物理实验实验名称:声波衰减系数的测量学院:专业班级:学生姓名:学号:实验地点:座位号:实验时间:一、实验目的:测出声波在空气中声强衰减系数。二、实验原理:1.声强与声压之间的关系声波在介质传播过程中,其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为声波的衰减。声功率是指声源在单位时间内辐射的总声能量,常用W表示,单位为瓦。声功率是表示声源特性的一个物理量,声功率越大,表示声源单位时间内发射的声能量越大,引起的噪声越强。声强是指在声场中垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的声能,常以I表示,单位为瓦/平方米。声波在媒介中传播时,声强衰减如下式所示:IdI0ed式中I0表示入射初始声强,Id为深入媒质d距离处的声强,为衰减系数。目前,在声学测量中,声强和声功率通常不易直接测量,往往要根据测出的声压通过换算来求得,故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时,引起空气质点的振动,从而使空气密度发生变化。在声波所达到的各点上,气压时而比无声时的压强高,时而比无声时的压强低,某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压,记为P,单位是帕斯卡。在自由声场中,声波传播方向上某点声强I与声压P、媒介特性阻抗Z存在如下关系:IP22Z2.声压与电压关系超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡),在一定的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下,压电材料受到与极化方向一致的应力F时,在极化方向上产生一定的电场强度E。它们之间有一简单的线性关系EgF。反之,当在压电材料的极化方向上加电场E时,材料的伸缩形变S与电场E也有线性关系SkE,比例系数g、k称为压电常数,它与材料性质有关。由于E和F、S和E之间具有简单的线性关系,因此,能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸缩,使压电陶瓷成为声波的波源。反过来,也可以使声压变化转变为电压的变化,即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超声波频率比较单纯,方向性强,基本上是一个平面波,这对于提高测量的精密度是有利的。PkU3.衰减系数的确定由声强与声压的关系:IP22Z在声波传播时,声强衰减如下式所示:IdI0ed声压与电压关系PkU得U2dU02ed对其两边取对数则有:2lnUddlnU02(1)式中为为衰减系数,可看出电压对数的两倍2lnUd与衰减系数成线性关系。若测得n组电压数值,作如上处理。(1)式求得斜率即求得衰减系数。三、实验内容和步骤:1.调节信号源,示波器至最佳状态信号源频率处于换能器共振频率附近,示波器显示信号波形大小合适,位置居中。2.将接收换能器从相距发射器40mm左右开始往后移动,连续捕捉极大电压峰值,并记下各自相应的峰峰电压值和接收换能器位置。四、实验数据与处理:试验次数峰值距离d(mm)2lnUd峰值电压Ud143.4217.45620033541.6248.0187.07611312934.4352.7257.05272104934457.3746.63563154527.6566.696.32249342423.6676.0246.28830455723.2780.7126.25352107222.8885.3685.95105913219.69104.9235.82470132918.410113.2855.64275777316.811122.635.49454182915.612132.9915.44259085615.213141.0875.2781146591414150.6415.16043365913.215159.8245.03539294512.416169.2454.96981331217183.5394.90201019611.618192.3824.83182755711.219198.1224.77752557810.920203.2334.70275051410.5五、误差分析:1.实验室噪音污染,使峰值电压测量不准确。六、附上原始数据:

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