大学物理实验超声波速测量实验的报告.doc

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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：
(3)
式中为蒸汽的分压强，p为大气压强。
3、共振干预法
设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果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预形成驻波，反射面处为位移的波节。改变接收器与发射源之间的距离，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时，等于半波长的整数倍，驻波的幅度到达极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地到达极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次到达共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。因此，假设保持频率 不变，通过测量相邻两次接收信号到达极大值时接收面之间的距离()，就可以用计算声速。
声压变化与接收器位置的关系：
4、相位比拟法
发射波通过传声媒质到达接收器，所以在同一时刻，发射处的波与接收处的波的相位不同，其相位差 可利用示波器的李萨如图形来观察。 和角频率 、传播时间 之间有如下关系：
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同时有：
,
〔式中T为周期〕，代入上式可求得声速V。
确实定用如下方法：根据
当时，得。
实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，可观察到相位的变化。而当相位差改变 时，相应的距离 的改变量即为半个波长。为准确测定波长的值，在实际的操作中要连续测多个相位改变的点的坐标，再用逐差法算出波长的值，根据波长和频率值可求出声速。
行波法相位差图：
5声速测量及声波的双缝干预与单丝衍射
　由于超声波具有波长短，易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进展声速测量是比拟方便的。本实验用共振干预法和相位比拟法测量声音在空气中传播的声速；并研究声波双缝干预，单缝衍射及声波的反射现象，将测量结果与理论计算进展比拟，从而对波动学的物理规律和根本概念有更深的理解。
6、声波的干预和衍射
双缝干预实验装置如图1所示。对于不同的角，如果从双缝到接收器的程差是零或波长的整数倍，就会产生相长干预，因而观察到干预强度的极大值；当程差是半波长的奇数倍时，干预强度有极小值。因此，干预强度出现极大值与极小值的条件如下：
极大值： (4)
极小值： (5)
式中，n为零或整数，d为二个缝中心位置的距离，为声音的波长。
图1
衍射效应用超声波也可以观察到，采用1个单缝，如图2所示。当来自单缝的一半的辐射与来自另一半的辐射相差半波长奇数倍时，会产生相消干预，因此相消干预条件是：
〔6〕
式中，n=0，±1，±2，……，a为单缝缝宽，为接收器离中心位置转过角度。
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图2
三、实验内容
(一)：声音在空气中传播速度测量
1、调整测试系统的谐振频率
按图4将实验装置接好。正弦波的频率取40KHz，调节接收换能器尽可能近距离，且使示波器上的电源信号为最大。然后，将两个换能器分开稍大些距离〔约5-6c