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《液體及固體介質(zhì)聲速測量陳忠》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、液體及固體介質(zhì)聲速測量（陳忠2013301020155武漢大學物理科學與技術(shù)學院）摘要：本實驗用共振干涉法、相位比較法和時差法測定超聲波在不同介質(zhì)中的的傳播速度，利用聲波的傳播速度與其頻率和波長的關(guān)系和聲波傳播所經(jīng)過的距離和傳播時間的關(guān)系可獲得聲速。關(guān)鍵詞：聲速，介質(zhì)，時差法，相位比較法，共振干涉法。Abstract:Thisstudymeasuredultrasonicwavepropagationvelocityindifferentmediawithresonanceinterferometry,phasecomparisonmethodandthediff
2、erencemethod,therelationshipbetweendistanceandtraveltimerelationsandtheuseofacousticwavepropagationvelocityofpropagationofsoundwavesandtheirfrequencyandwavelengththroughwhichcangetthespeedofsound.Keywords:speedofsound,media,timedifference,phasecomparisonmethod,resonanceinterferometry.
3、導言：聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的機械波，頻率低于Hz20的聲波稱為次聲波；頻率在kHz20~Hz20的聲波可以被人聽到，稱為可聞聲波；頻率在kHz20以上的聲波稱為超聲波。由于超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射、易被反射等優(yōu)點。在超聲波段進行聲速測量的優(yōu)點還在于超聲波的波長短，可以在短距離較精確的測出聲速。實驗原理：1.共振干涉法實驗裝置如圖1所示，圖中和為壓電晶體換能器，作為聲波源，它被低頻信號發(fā)生器輸出的交流電信號激勵后，由于逆壓電效應發(fā)生受迫振動，并向空氣中定向發(fā)出以近似的平面聲波；為超聲波接收器，聲波傳至它的接收面上時，再被反射。當和的表面近似平行時，聲波就
4、在兩個平面間來回反射，當兩個平面間距L為半波長的整倍數(shù)，即(3)時，發(fā)出的聲波與其反射聲波的相位在處差(n=1，2……)，因此形成共振。因為接收器的表面振動位移可以忽略，所以對位移來說是波節(jié)，對聲壓來說是波腹。本實驗測量的是聲壓，所以當形成共振時，接收器的輸出會出現(xiàn)明顯增大。從示波器上觀察到的電信號幅值也是極大值(參見圖2)。圖中各極大之間的距離均為，由于散射和其他損耗，各級大致幅值隨距離增大而逐漸減小。我們只要測出各極大值對應的接收器的位置，就可測出波長。由信號源讀出超聲波的頻率值后，即可由公式(1)求得聲速。1.相位比較法波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是位相的傳
5、播。沿波傳播方向的任何兩點同相位時，這兩點間的距離就是波長的整數(shù)倍。利用這個原理，可以精確的測量波長。實驗裝置如圖1所示，沿波的傳播方向移動接收器，接收到的信號再次與發(fā)射器的位相相同時，一國的距離等于與聲波的波長。同樣也可以利用李薩如圖形來判斷位相差。實驗中輸入示波器的是來自同一信號源的信號，它們的頻率嚴格一致，所以李薩如圖是橢圓，橢圓的傾斜與兩信號的位相差有關(guān)，當兩信號之間的位相差為0或時，橢圓變成傾斜的直線。3．時差法用時差法測量聲速的實驗裝置仍采用上述儀器。由信號源提供一個脈沖信號經(jīng)發(fā)出一個脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后，該脈沖信號被接收，再將該信號返回信號源
6、，經(jīng)信號源內(nèi)部線路分析、比較處理后輸出脈沖信號在、之間的傳播時間t，傳播距離L可以從游標卡尺上讀出，采用公式(2)即可計算出聲速。4．逐差法處理數(shù)據(jù)在本實驗中，若用游標卡尺測出個極大值的位置，并依次算出每經(jīng)過個的距離為這樣就很容易計算出。如測不到20個極大值，則可少測幾個(一定是偶數(shù))，用類似方法計算即可。實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果：固體用時差法;1：有機棒中的聲速溫度：t=13.90CL(mm)180.0220.0260.0V(m/s)T1(us)1131291512159.09T2(us)1151311472500.00T3(us)1101291511961.72T4(u
7、s)1161311482509.80T5(us)1101291531885.962．銅棒中的聲速：溫度：t=13.90CL(mm)168.0207.0246.0V(m/s)T1(us)77901003450.00T2(us)79891003722.73T3(us)77911003559.52T4(us)82891004558.44T5(us)77911003559.52液體中的相位比較法和共振干涉法：水中的聲速相位法：溫度：t=13。90C諧振頻率：37598HZ波形X1X2X3X4X5X6X7X8(mm)172.97128.8386.0338.83-4.57-
8、44.95
