week05.02.10.声速测量实验报告.doc

一、  实验目的:  声速测量生医5朱仁骏2005013032组号:  122006年10月18日(1)了解声波在空气中传播速度与气体状态参量的关系;(2)了解超声波产生和接受的原理,学习用声速测量仪测量空气中声速,加深相位的概念。二、  实验原理:(1)在理想气体中声波的传播速度为=  ??????,正常情况下,空??气的平均摩尔质量为??=×10?3/,可以求出在标准状态下,干燥空气中的声速为0=/,由此可得在室温下,干00燥空气中的声速为=  1+(?? =??)。由于实际空气并不??0是干燥的,总有一些水蒸气,经过修正,在温度为,相对湿度为的空气中声速为=  (1+)(1+)  (*)??0  式中为室温时空气的饱和蒸汽压,可以查表得到。为大气压,取=×105??,则上式可作为空气中声速的理论计算公式。(2)实验中利用声波的传播速度与声波频率及波长??的关系=??测量声速。声波的频率可以通过测量声源的振动频率得出,而声波波长则利用超声波传感器配合示波器来测量。沿声波传播方向上的任何两点,如果其振动状态相同,或者说其相位差为2??的整数倍,则两点间的距离应等于波长的??的整数倍,即=??。当在发射器的声波场中沿传播方向移动接收器时,总可以找到一个位臵,使得接收器收到的电信号与发射器的激励信号同相,继续移动接收器知道接收的信号再次和发射器的激励信号同向时,移动的距离?必然等于声波的波长。为了判断相位差,可以利用双踪示波器直接比较两个信号源的信号,也可以利用利萨如图形当两个电信号同相或反响时椭圆退化为右斜或者左斜直线来判断。利用利萨如图形判断相位差比较敏锐。三、  实验仪器:声速测量仪:固有频率为40??,当正弦电压信号也为40??的时候,传感器发生共振,输出的超声波能量最大。函数信号发生器、双踪示波器四、  实验步骤:(1)实验开始时,先记录室温1和相对湿度1。(2)连接电路,将函数信号发生器的输出与超声波发射器的输入端及示波器的通道1相连,将超声波接收器的输出端与示波器的通道2相连,函数信号发生器臵于100??档,输出幅度调至峰值10??左右。(3)用示波器观察加在声波发射器上的电信号与超声波接收器输出的电信号。先将函数信号发生器的频率调到40??左右,然后细调频率,使接收器输出信号最大,并记录下此频率,即为超声波频率。实验过程中若信号频率有改变,记下最大最小值,然后取平均值。观察时,可通过在二者之间插入纸片或在传播路径上煽风等办法判断是否有超声波由发射器发出并经由空气传播到接收器,并研究环境因素对声波传播的影响。(4)用相位法测量波长。利用利萨如图找出同相点来求波长。采用逐差法处理数据。每遇到一个同相点,测一次接收器的位臵,连续测量20个数据,得到10个10??的值,再求平均并得到波长的平均值??。(5)实验结束时,再次测量室温2和相对湿度2,查表得到平均室温对应的饱和蒸汽压,如果温度不是整数值,用线性内插法求出准确的饱和蒸汽压值。再按(*)式计算出声速理论值,与实验测得的声数值比较,估计本实验所用测量方法的准确程度。原始数据记录:=℃,1=41%实验结束时室温2=℃,2=41%     (即超声波频率),如果有必要,记录最大最小值,最后取平均值。1=??2=??(??)   (表格单位为,取1=0)????? ?????          五、  数据处理:(1)平均室温=12平均湿度=121+21+2=.℃=%查表,用线性内插法求得平均室温下的饱和蒸汽压值=.×所以声速的理论值????=  (1+)(1+)=.??/????0  (2)超声波波长的平均值10110??=  ×  ???10=.??????=110??=.????  ()本实验所用数显游标卡尺示值误差限?仪=,故仪?10??=  10??2+  2?2=.????  (**)???=?11010??而= .??????=1 ×10??=.????10故有??测=(.±.)????(3)超声波的频率1= 21+2  =.??????取?=10??(4)声速的测量值测