实验报告声速测量.docx

南昌大学物理实验报告
实验地点： B104
座位号： 28
课程名称：
大学物理实验
实验名称：
声速测量
学院：
化学学院 专业班级： 应化152班
学生姓名：
余富」 学号：
实验时间： 第8周星期8下午4点幵始
一、 实验目的：
1、 学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。
2、 理解驻波和振动合成理论。
3、 学会逐差法进行数据处理。
4、 了解压电换能器的功能和培养综合使用仪的能力。
二、 实验原理：
声速V、声波频率f和波长？之间的关系为v=f?
可见，只要测得声波的频率 f和波长？，就可求得声速V。声波频率范围信号发生器产生
超声波的频率，直接由信号发生器显示，所以只要测出声波波长 ？，即可确定声速，而测量波
长常用的方法有驻波法和相位法。
1、 超声波的发射与接受——压电陶瓷换能器
声速测定仪主要由两只相同的压电陶瓷换能器组成（图 20—1中的si和S2），它们分别用
于超声波的发射和接受。
压电陶瓷一般由一种多晶结构的压电材料（如钛酸钡、锆钛酸等）组成，具有压电效应。当它 们受外力作用形变时，表面上会出现电荷，去掉外力后电荷消失，这就是压电效应。压电效应 是可逆的，在两表面上加一电压时，雅典晶体发生形变，撤去电压后又恢复原状，此即逆压电 效应。如果加上的电压是频率 f超过20kHz的交流电，压电材料就会因逆压电效应产生频率也 为f的周期性纵向收缩，从而压迫空气成为超生比的波源， 图20—1中的si换能器正是基于此
原理而发射超声波。同样，压电材料也可利用压电效应， 将声场中声压的变化，用来接受信号, 图20— 1中的S2换能器正是基于此原理将受收到的超声波信号转换成电压信号送入示波器显 示。
虽然给电压陶瓷加以压力或电信号就会有压电效应或逆压电效应，但是能量的转换效率
却与所加信号的频率有关。每个关于压电陶瓷换能器都有一个谐振频率 fo,当外加正弦交变压
力信号的频率等于fo时，换句话说，压电陶瓷换能器在谐振频率下工作时，作为接收器时灵敏 度最高；作为发射器时辐射效率最高。所以，实验时应仔细调节信号发生器的工作频率，以使 换能器谐振。
2、
驻波法测波长
如右图所示，实验时将信号发生器输出的正弦电压 信号接到发射超声换能器上，超声发射换能器通过电声 转换，将电压信号变为超声波，以超声波形式发射出去。
接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察
由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收换能 器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉 形成驻波。此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处 声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强） 最小，而波节处声压最大。
当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观 察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否 形成。
移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻 波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电 压幅度