大学的物理实验超声波速测量实验报告.docx

大学的物理实验超声波速测量实验报告.docx大学物理实验超声波速测量实验报告
一实验目的
了解超声波的物理特性及其产生机制；
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的吸收系数及反射面的反射系数；
并运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播速度，并与公认值进行比较。
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=) ，

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 ： T

T0

t
T0

K
代入式

(1) 得，
V

rR

(T0

t)＝

rR T0

1

t
T0

＝V0

1

t
T0

(2)
对于空气介质， 0℃时的声速 V 0 = m s 。若同时考虑到空气中的蒸汽的影响，校准后
声速公式为：
V (1
t
pw
)m / s (3)
)(1