大学物理实验超声波速测量实验报告.docx

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Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommer缝干涉实验装置如图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，就会产生相长干涉，因而观察到干涉强度的极大值；当程差是半波长的奇数倍时，干涉强度有极小值。因此，干涉强度出现极大值与极小值的条件如下：
式中,
n为零或整数,
图1
极大值：dsin二n■(4)
极小值：
1,
dsin：=(n)'(5)
2
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，会产生相消干涉，因此相消干涉条件是：
a1sin：=（n）■（6）
22
式中，n=0,土1,±2,,a为单缝缝宽，:-为接收器离中心位置转过角度。
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5-6cm）,使接收换能器输入示波器上的电压信号为最大。再调节频率，使该信号确实为该位置极大值。此时信号源输出频率才最终等于二个换能器的固有频率。在该频率上，换能器输出较强的超声波。
2、在谐振频率处用共振法和相位法测声速。
当测得一声速极大值后，连续地移动接收端的位置，测量相继出现20个极大值所相应的各接收面位置Li，再用逐差法求波长值。
在用相位比较法时，将接收器与示波器的Y轴相连，发射器与示波器X轴相连，即可利用李萨如图形来观察发射波与接收波的相位差，适当调节Y轴和X轴灵敏度，就能获得比较满意的李萨如图形。对于两个同频率互相垂直的简谐振动的合成，随着两者之间相位差从0--n变化，其李萨如图形由斜率为正的直线变为椭圆，再由椭圆变到斜率为负的直线。记录游标卡尺上读数时，应选择李萨如图形为直线时所对应的位置。每移动半个波长，就会重复出现斜率正负交替的直线图形。
3、本实验温度应正确仔细地测量（为什么？），并测出温度计干泡温度和湿泡温度，查表得到该状态下的Pw值，再测得实验室当时的气压值P,（干燥天气可不必测量Pw和P）（详见参考资料1和3），则可由式（3）求出声速值。
4、将上述两种方法的测量结果比较，计算相对偏差。
选做实验：（设计性实验）
（二）声波的双缝干涉用图1所示双缝装置来做干涉实验。实验须满足公式（4）和公式（5）条件。为了减少
由于两个缝处的衍射所引起的复杂性。简单的办法是每个缝宽度均小于1个波长（约8-9mm
为一个波长），缝宽仅2-3mm而两个缝相隔为几个波长，（实际使用双缝间距约为3倍波长）。这时，测量出主极大，次极大和极小值的位置。要观察更多极大值和极小值位置，须将固定螺丝卸下，放好后。转动更大角度观察到。
（三）声波的单缝衍射
用图2所示双缝装置来做观察声波的单缝衍射实验（注意卸下固定螺丝必须保管好）。
体会声波衍射的物理含义。
将转动紧固螺丝卸下（注意螺丝和螺帽不能掉）放在纸盒内。将接收器绕轴心转动，可以观察接收信号在不同角