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2021年大学物理实验超声波速测量实验报告
2021年大学物理实验超声波速测量实验报告
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2021年大学物理实验超声波速测量实验报告
大学物理试验超声波速测量试验汇报
一试验目
了解超声波物理特征及其产生机制;
学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据;
测量超声波在介质中吸收系数及反射面反射系数;
并利用超声波检测声场分布。
学习超声波产生和接收原理,
学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传输速度, 并与公认值进行比较。
观察和测量声波双缝干涉和单缝衍射
二试验条件
HLD-SV-II型声速测量综合试验仪, 示波器, 信号发生仪
三试验原理
1、 超声波相关物理知识
声波是一个在气体。液体、 固体中传输弹性波。声波按频率高低分为次声波（＜20Hz）、 声波（20Hz≤≤20kHz）、 超声波（>20kHz）和特超声波（≥10MHz）, 以下图。
声波频谱分布图
振荡源在介质中可产生以下形式震荡波:
横波: 质点振动方向和传输方向垂直波, 它只能在固体中传输。
纵波: 质点振动方向和传输方向一致波, 它能在固体、 液体、 气体中传输。
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表面波: 当材料介质受到交变应力作用时, 产生沿介质表面传输波, 介质表面质点做椭圆振动, 所以表面波只能在固体中传输且随深度增加衰减很快。
板波: 在板厚与波长相当弹性薄板中传输波, 可分为SH波与兰姆波。
超声波因为其波长短、 频率高, 故它有其独特特点: 绕射现象小, 方向性好, 能定向传输; 能量较高, 穿透力强, 在传输过程中衰减很小, 在水中能够比在空气或固体中以更高频率传更远, 而且在液体里衰减和吸收是比较低; 能在异质界面产生反射、 折射和波形转换。
2、 理想气体中声速值
声波在理想气体中传输可认为是绝热过程, 所以传输速度可表示为
(1)
式中R为气体普适常量(R=/()), 是气体绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比), 为分子量, 为气体热力学温度, 若以摄氏温度t计算, 则:
代入式(1)得,
(2)
对于空气介质, 0℃时声速= 。若同时考虑到空气中蒸汽影响, 校准后声速公式为:
(3)
式中为蒸汽分压强, p为大气压强。
3、 共振干涉法
设有一从发射源发出一定频率平面声波, 经过空气传输, 抵达接收器, 假如接收面与发射面严格平行, 入射波即在接收面上垂直反射, 入射波与反射波相干涉形成驻波, 反射面处为位移波节。改变接收器与发射源之间距离, 在一系列特定距离上, 媒质中出现稳定驻波共振现象。此时, 等于半波长整数倍, 驻波幅度达成极大; 同时, 在接收面上声压波腹也对应地达成极大值。不难看出, 在移动接收器过程中, 相邻两次达成共振所对应接收面之间距离即为半波长。所以, 若保持频率
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