1、聲速測量首先，實驗的目的：1、了解壓電晶體換能器的工作原理；2.了解共振干涉法和相位比較法測量聲速的基本原理；3.掌握用共振干涉法和相位比較法測量聲波在空氣和水中傳播速度的方法；4.熟悉各種測量儀器和示波器的調(diào)整和使用。二、實驗儀器：聲速測試儀、信號發(fā)生器、示波器、屏蔽饋線。三、實驗原理聲速是描述波在介質(zhì)中傳播特性的物理量，它與介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān)。頻率可在20-20000赫茲范圍內(nèi)聽到，超聲波在20000赫茲以上。由于超聲波具有波長短、方向性好、抗干擾性強的特點，入射波和反射波在傳播過程中很容易干涉形成駐波，而可聽聲只能在駐波管中干涉形成駐波。在這個實驗中，聲速是通過測量波長和頻率的公式來計

2、算的。壓電陶瓷：壓電陶瓷(如鈦酸鋇和鋯酸鋇鉛)具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。當它受到壓力時，在其表面產(chǎn)生電荷并形成電場，這是一種正壓電效應(yīng)。在外加電場的作用下，它會產(chǎn)生變形，這是一種逆壓電效應(yīng)。當交流電壓作用在壓電陶瓷上時，它會周期性地變形，即振動，并發(fā)出聲波。壓電陶瓷在外部振動作用下產(chǎn)生的正壓電效應(yīng)可以用來接收聲信號。1、共振干涉法(駐波法)信號發(fā)生器示波器游標卡尺發(fā)射換能器接收探頭圖(1)如圖(1)所示，超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器平行且相對，超聲波發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波向右傳播，遇到接收換能器后反射。此時，發(fā)射換能器和接收換能器之間的入射波和反射波以相反的方向傳播并滿足相干條件，因此

3、兩列波重疊并干涉形成駐波，相鄰波腹和節(jié)點之間的距離等于0。當接收換能器移動到波腹時，接收信號最強。實驗中，通過移動接收換能器依次記錄波腹位置，滿足以下要求：測量相鄰波腹的間距和頻率，并用公式計算聲速。信號發(fā)生器示波器游標卡尺發(fā)射換能器接收探頭圖(2)2.相位比較法(行波法)將發(fā)射傳感器和接收傳感器連接到示波器的和輸入端，如圖(2)所示。將兩個頻率相同、振動方向垂直的正弦信號合成李薩如圖形，如圖(3)所示，當接收換能器水平移動時，兩個信號的相位差隨距離的變化而變化，李薩如圖形重復(fù)一次，變化一個周期，測量一個周期內(nèi)接收換能器的距離變化和頻率，通過公式計算聲速。圖(3)李薩如圖四.實驗內(nèi)容和要求1.

4、共振干涉法測量空氣中的聲速(1)如圖(1)所示連接線路，發(fā)射傳感器連接信號源，接收傳感器連接示波器。(2)保持接收換能器靠近固定的發(fā)射換能器，使它們相互平行，然后向右移動接收換能器，與發(fā)射換能器保持一定的距離(5-10厘米)。(3)調(diào)整信號源的輸出幅度和頻率，并在示波器上觀察波形的變化。當正弦波振幅最大且穩(wěn)定時，發(fā)射換能器工作在38千赫左右的諧振狀態(tài)，并在實驗室記錄頻率(諧振頻率)和溫度。(4)向后移動接收換能器，并在表1中記錄駐波波腹的位置。(5)通過差值計算波長和聲速的平均值(4)計算波長的平均值并計算相對誤差。3.測量水中聲速的相位比較法(1)將聲速測試儀的發(fā)射換能器和接收換能器放入水箱

5、中。(2)信號源中的“發(fā)射S1”連接到發(fā)射換能器，接收換能器連接到示波器的輸入端，信號源中的“發(fā)射波形”連接到示波器的另一輸入端，信號源中的“傳播介質(zhì)”選擇為“液體”。(3)保持接收換能器靠近固定的發(fā)射換能器，使它們相互平行，然后向右移動接收換能器，與發(fā)射換能器保持一定的距離(5-10厘米)。(4)調(diào)整信號源的輸出幅度和頻率，并在示波器上觀察波形的變化。當正弦波振幅最大且穩(wěn)定時，發(fā)射換能器工作在諧振狀態(tài)，并記錄諧振頻率和水溫。(5)將示波器置于工作狀態(tài)。(6)連續(xù)移動接收傳感器。當圖形是對角線時，記錄兩個信號之間的相位差。當對角線出現(xiàn)在表3的示波器上時，記錄游標卡尺的位置讀數(shù)。(7)用差分法計算波長和聲速的平均值，比較理論值，計算相對誤差。V.實驗數(shù)據(jù)的記錄和處理(給出詳細的計算過程)表1。用共振干涉法測量空氣中的聲速：溫度為攝氏度，共振頻率為赫茲。然后0123456789(mm)=(m/s)(mm)=(mm)=(m/s)表2。用相位比較法測量空氣中的聲速：溫度為攝氏度，共振頻率為赫茲。然后0123456789(mm)=(m/s)(mm)=(mm)=(m/s)表3。用相位比較法測量水中的聲速：溫度為攝氏度，共振頻率為赫茲。然后0123456789(mm)=(m/