物理仿真實驗報告實驗名稱超聲法測量聲速學(xué)院專業(yè)組別學(xué)號姓名實驗時間摘要：在彈性介質(zhì)中，頻率從20Hz到20kHz的振動所激起的機械波稱為聲波，高于20kHz，稱為超聲波，超聲波的頻率范圍在2×104-5超聲波在媒質(zhì)中的傳播速度與媒質(zhì)的特性及狀態(tài)等因素有關(guān)。因而通過媒質(zhì)中聲速的測定，可以了解媒質(zhì)的特性或狀態(tài)變化。例如，測量氯氣、蔗糖等氣體或溶液的濃度、氯丁橡膠乳液的比重以及輸油管中不同油品的分界面等等，這些問題都可以通過測定這些物質(zhì)中的聲速來解決?？梢姡曀贉y定在工業(yè)生產(chǎn)上具有一定的實用意義。本實驗用壓電陶瓷超聲換能器來測定超聲波在空氣中的傳播速度，它是非電量電測方法的一個例子。關(guān)鍵詞：超聲波，波長，聲速，拓展性，準(zhǔn)確性，方便性實驗儀器：示波器，超聲聲速測定儀，信號發(fā)生器，導(dǎo)線若干等一、實驗原理：由波動理論可知，波速與波長、頻率有如下關(guān)系：v=

相位比較法測波長從換能器S1發(fā)出的超聲波到達接收器S2，所以在同一時刻S1與S2處的波有一相位差：φ=2πx/λ，其中是波長，x為S1和S2之間距離二、實驗步驟：1.主窗口：正確進入超聲波測聲速實驗場景窗體，如圖圖1實驗場景：圖1實驗場景2.儀器調(diào)節(jié)(1)超聲聲速測定儀調(diào)節(jié)，在場景中雙擊超聲聲速測定儀圖標(biāo)，可以進人超聲聲速測定儀調(diào)節(jié)窗體。圖2超聲聲速測定儀調(diào)整換能器與水平方向的夾角，左擊換能器，可以使換能器向上旋轉(zhuǎn)。右擊換能器，可以使換能器向下旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)兩個換能器之間的距離，可以拖動可移動換能器改兩個換能器之間的距離，也可以通過窗體上方的微調(diào)按鈕，向左或向右微調(diào)兩個換能器之間的距離。通過窗體下方的大標(biāo)尺，可以準(zhǔn)確讀出當(dāng)前可移動換能器的距離。(2)示波器調(diào)節(jié)，測示波器校準(zhǔn)信號周期連接示波器CH1（或CH2）和示波器校準(zhǔn)信號，如圖3所示。校準(zhǔn)信號為周期1KHz,峰峰值為4V的對稱方波信號。雙擊示波器，打開示波器調(diào)節(jié)界面。圖3示波器調(diào)節(jié)連線圖4示波器調(diào)節(jié)界面(3)信號發(fā)生器調(diào)節(jié)，選擇超聲波頻率，約35KHZ，選擇合適的波幅，輸入正弦波。圖5場景中的信號發(fā)生器圖6信號發(fā)生器調(diào)節(jié)界面3．按相位法測聲速原理，正確連線。從實驗場景中可以看出，示波器上有三個黑色的接線柱、超聲聲速測定儀上有兩個接線柱、在信號發(fā)生器上有一個接線柱。把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的接線柱上，按下并拖動，隨著鼠標(biāo)的拖動一條線便會被畫出，當(dāng)鼠標(biāo)移動另一個接線柱上（或是此接線柱的一定范圍），松開鼠標(biāo)，如果連接合法，此線便會保留，不合法，連線失敗，系統(tǒng)會彈出對話框，提示此連接為非法連接。圖7相位比較法儀器連接相位法由于兩個換能器間有距離，這樣在兩個換能器處的信號有一相位差。當(dāng)換能器間距離改變一個波長時，相位差改變2π。圖8李薩如圖像4.記錄數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)，從屏上直線出現(xiàn)為起點，緩慢增加移動磁鼓的位置，依次記錄下屏上每次出現(xiàn)直線時所對應(yīng)的X1,X2,…,X10共10個值；再緩慢地減少間距X，記錄下次出現(xiàn)直線時所對應(yīng)的X1’,X2’,…,X10’共10個值。用逐差法處理數(shù)據(jù)，計算出波長。 圖9記錄數(shù)據(jù)窗體5.利用公式V=f×λ，計算聲速。三、注意事項：1．調(diào)整儀器使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。2．用相位比較法測波長和聲速。3．確保換能器S1和S2端面的平行。4．信號發(fā)生器輸出信號頻率與壓電換能器諧振頻率f0保持一致。四、實驗數(shù)據(jù)處理：信號發(fā)生器輸出信號的頻率（HZ）36500.0內(nèi)容12345678910移動磁鼓的位置Xn(mm)51.1855.9060.5065.1269.0074.5079.2083.8088.4493.10移動磁鼓的位置Xn,(mm)51.1455.9260.4665.1069.0074.5279.2283.8088.4093.10平均值（mm）51.1655.9160.4865.1169.0074.5179.2183.8088.4293.10逐差法處理數(shù)據(jù)可以得到波長的大小為9.28mm根據(jù)測量數(shù)據(jù)，利用聲速計算公式，計算出聲速v=338.72(m/s)不確定度Ev=（338.72-346.30）/346.30*100%=2.2%五、實驗反思在誤差允許的范圍內(nèi)，利用物理仿真平臺得到的實驗值接近于理論值，由此可知仿真平臺能有效地提高地提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時分析認為其拓展方面更加全面和完善。物理實驗仿真平臺提供