测量超声波在空气中的传播速度VIP专享VIP免费

测量超声波在空气中的传播速度 【实验目的】 1. 学会使用共振干涉法和相位法测定超声波在空气中的传播速度。 2. 学会用逐差法进行数据处理。 3. 了解声速与气体参数的关系。 【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。超声波的发射与接收一般是通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的是利用压电效应和磁致伸缩效应。 声波在空气中是以纵波传播的，其传播速度v 和声源的振动频率 f以及波长 λ 有如下关系： f ( 1 ) 测出声波波长λ 和声源的振动频率 f就可以由式（1）求出声波的传播速度。声波频率f可通过频率计测得，本实验的主要任务是测出声波波长λ 。 1.共振干涉法 实验装置如图 图 1 共振干涉实验装置 图2 图中s1 和s2 为压电晶体换能器，s1 作为声波源，它被振荡频率可以调节的低频信号发生器输出的电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向周围空气定向发出一近似平面声波；s2 为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当 s1 和s2 的表面互相平行时，声波就在两个平面间反射，相互干涉。 经数学运算可知，在接收器s2表面，从振动位移来说是波节，从声压来说是波腹；在发射器s1表面，则情况较为复杂，其振幅与两个表面的间距有关，所以其振幅随 s1和s2表面的间距 L而变，当 2nL,n=0,1,2,3,....,, 振幅为极大值，称为共振。这是接收器s2接收到的声压也是极大值，经接收器转换成的电信号也是极大值（参见图2）。 图中各极大值之间的距离均为λ /2,由于衍射和其他消耗，各极大值幅值随距离增大而逐渐减少。我们只要测出与各极大值对应的接收器s2的位置，就可以测出波长λ 。 若用游标卡尺测出20个极大值的位置，并依次算出每经 10个λ /2的距离： 210111111LLL, 210212212LLL, ............................................ 21010201020LLL 把等式两边各自相加，得 101)10(2100iiiL 101)10(501iiiL 由低频信号发生器或频率计读得超声波的频率f后，即可由下式求得声速 fiiiL101)10(501 （2） 若测不到20 个极大值，则可少测几个。列如测到12 个极大值，可依次算出他们经 6个2的距离，最后得 fiiiL61)6(181 （3） 2. 相...