聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告
在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，報(bào)告不再是罕見的東西，我們?cè)趯憟?bào)告的時(shí)候要注意涵蓋報(bào)告的基本要素。一聽到寫報(bào)告馬上頭昏腦漲？下面是小編精心整理的聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告，僅供參考，希望能夠幫助到大家。
聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告1
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
測(cè)量聲音在空氣中的傳播速度。
實(shí)驗(yàn)器材:
溫度計(jì)、卷尺、秒表。
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):
平遙縣狀元橋東。
實(shí)驗(yàn)人員:
愛物學(xué)理小組
實(shí)驗(yàn)分工:
張灝、成立敬——測(cè)量時(shí)間
張海濤——發(fā)聲
賈興藩——測(cè)溫
實(shí)驗(yàn)過程:
1測(cè)量一段開闊地長(zhǎng);
2測(cè)量人在兩端準(zhǔn)備;
3計(jì)時(shí)員揮手致意,發(fā)聲人準(zhǔn)備發(fā)聲;
4發(fā)生人向上舉手,同時(shí)發(fā)聲,計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)(看到舉手始,聽到聲音止)
5多測(cè)幾次,記錄數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
時(shí)間17∶30
溫度21℃
發(fā)聲時(shí)間0.26″
發(fā)聲距離93m
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
在21℃空氣中,聲音傳播速度為357.69m/s.
實(shí)驗(yàn)反思:
有一定誤差,卡表不夠準(zhǔn)確。
聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告2
一、 【實(shí)驗(yàn)名稱】
超聲波聲速的測(cè)量
二、 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/strong>
1、了解聲速的測(cè)量原理
2、學(xué)習(xí)示波器的原理與使用
3、學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)
三、 【儀器用具】
1、SV-DH-3型聲速測(cè)定儀段（資產(chǎn)編號(hào)）
2、雙蹤示波器（資產(chǎn)編號(hào)）
3、SVX-3型聲速測(cè)定信號(hào)源（資產(chǎn)編號(hào)）
四、 【儀器用具】
1.超聲波與壓電陶瓷換能器
頻率20Hz-20kHz的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播形成聲波，高于20kHz稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長(zhǎng)短，易于定向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，聲速實(shí)驗(yàn)所采用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間。在此頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器、接收器效果最佳。
圖1縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
壓電陶瓷換能器根據(jù)它的工作方式，分為縱向（振動(dòng)）換能器、徑向（振動(dòng)）換能器及彎曲振動(dòng)換能器。聲速教學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的大多數(shù)采用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
2.共振干涉法（駐波法）測(cè)量聲速
假設(shè)在無(wú)限聲場(chǎng)中，僅有一個(gè)點(diǎn)聲源S1（發(fā)射換能器）和一個(gè)接收平面（接收換能器S2）。當(dāng)點(diǎn)聲源發(fā)出聲波后，在此聲場(chǎng)中只有一個(gè)反射面（即接收換能器平面），并且只產(chǎn)生一次反射。
在上述假設(shè)條件下，發(fā)射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。在S2處產(chǎn)生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信號(hào)相位與ξ1相反，幅度A1＜A。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，3合成波束ξξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ) =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)
由此可見，合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。
圖4所示波形顯示了疊加后的聲波幅度，隨距離按cos(2πx /λ)變化的特征。
發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離
圖2換能器間距與合成幅度
實(shí)驗(yàn)裝置按圖7所示，圖中S1和S2為壓電陶瓷換能器。S1作為聲波發(fā)射器，它由信號(hào)源供給頻率為數(shù)十千赫的交流電信號(hào)，由逆壓電效應(yīng)發(fā)出一平面超聲波；而S2則作為聲波的接收器，壓電效應(yīng)將接收到的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓信號(hào)產(chǎn)生的正弦波形。由于S2在接收聲波的同時(shí)還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發(fā)射的聲波振幅雖有差異，但二者周期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在S1和S2區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了波的干涉，形成駐波。我們?cè)谑静ㄆ魃嫌^察到的實(shí)際上是這兩個(gè)相干波合成后在聲波接收器S2處的振動(dòng)情況。移動(dòng)S2位置（即改變S1和S2
之間的距離），你從示
波器顯示上會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)S2在某此位置時(shí)振幅有最小值。根據(jù)波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/ 2。為了測(cè)量聲波的波長(zhǎng)，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時(shí)，緩慢的改變S1和S2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動(dòng)幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；S2移動(dòng)過的距離亦為λ/2。超聲換能器S2至S1之間的距離的改變可通過轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪
來(lái)實(shí)現(xiàn)，而超聲波的頻率又可由聲速測(cè)試儀信號(hào)源頻率顯示窗口直接讀出。
圖3用李薩如圖觀察相位變化
在連續(xù)多次測(cè)量相隔半波長(zhǎng)的S2的位置變化及聲波頻率f以后，我們可運(yùn)用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出聲速，用逐差法處理測(cè)量的數(shù)據(jù)。
3.相位法測(cè)量原理
由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3即ξ3 =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)即對(duì)于波束：ξ1 =Acos（ωt - 2πx /λ)
由此可見，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來(lái)位置處的相位差（相移）為θ= 2π △x /λ。如圖5所示。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測(cè)出聲波的波長(zhǎng)。
4.時(shí)差法測(cè)量原理
連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測(cè)介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過t時(shí)
間后，到達(dá)L距離處的接收換能器。由運(yùn)動(dòng)定律可知，聲波在介質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：
速度V=距離L/時(shí)間t
圖4發(fā)射波與接收波
通過測(cè)量二換能器發(fā)射接收平面之間距離L和時(shí)間t ,就可以計(jì)算出當(dāng)前介質(zhì)下的聲波傳播速度。五、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
1.儀器在使用之前，加電開機(jī)預(yù)熱15min。在接通市電后，自動(dòng)工作在連續(xù)波方式，選擇的介質(zhì)為空氣的初始狀態(tài)。
2.駐波法測(cè)量聲速。 2.1測(cè)量裝置的連接：
圖5駐波法、相位法連線圖
如圖5所示，信號(hào)源面板上的發(fā)射端換能器接口（S1），用于輸出一定頻率的功率信號(hào)，請(qǐng)接至測(cè)試架的發(fā)射換能器（S1）；信號(hào)源面板上的發(fā)射端的發(fā)射波形Y1，請(qǐng)接至雙蹤示波器的CH1（Y1），用于觀察發(fā)射波形；接收換能器（S2）的輸出接至示波器的CH2（Y2）
2.2測(cè)定壓電陶瓷換能器的最佳工作點(diǎn)
只有當(dāng)換能器S1的發(fā)射面和S2的接收面保持平行時(shí)才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應(yīng)將外加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率調(diào)節(jié)到換能器S1、S2的諧振頻率點(diǎn)處時(shí)，才能較好的進(jìn)行聲能與電能的.相互轉(zhuǎn)換（實(shí)際上有一個(gè)小的通頻帶），以得到較好的實(shí)驗(yàn)效果。按照調(diào)節(jié)到壓電陶瓷換能器諧振點(diǎn)處的信號(hào)頻率，估計(jì)一下示波器的掃描時(shí)基t/div，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使在示波器上獲得穩(wěn)定波形。
超聲換能器工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法如下：各儀器都正常工作以后，首先調(diào)節(jié)發(fā)射強(qiáng)度旋鈕，使聲速測(cè)試儀信號(hào)源輸出合適的電壓（8～10VP-P之間），再調(diào)整信號(hào)頻率（在25～45kHz），選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V～1V/div之間的位置），觀察頻率調(diào)整時(shí)接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點(diǎn)處（34.5～37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點(diǎn)，記錄頻率FN，改變S1和S2間的距離，適當(dāng)選擇位置，重新調(diào)整，再次測(cè)定工作頻率，共測(cè)5次，取平均頻率f。
2.3測(cè)量步驟
將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，合適選擇相應(yīng)得測(cè)試介質(zhì)。完成前述2.1、2.2步驟后，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然后轉(zhuǎn)動(dòng)距離調(diào)節(jié)鼓輪，這時(shí)波形的幅度會(huì)發(fā)生變化，記錄下幅度為最大時(shí)的距離Li-1，距離由數(shù)顯尺（數(shù)顯尺原理說(shuō)明見附錄2）或在機(jī)械刻度上讀出，再向前或者向后（必須是一個(gè)方向）移動(dòng)距離，當(dāng)接收波經(jīng)變小后再到最大時(shí)，記錄下此時(shí)的距離Li。即有：波長(zhǎng)λi=2│Li -Li-1│，多次測(cè)定用逐差法處理數(shù)據(jù)。
3.相位法/李薩如圖法測(cè)量波長(zhǎng)的步驟
將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，合適選擇相應(yīng)的測(cè)試介質(zhì)。完成前述2.1、2.2步驟后，將示波器打到“X-Y”方式，并選擇合適的通道增益。轉(zhuǎn)動(dòng)距離調(diào)節(jié)鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時(shí)的距離Li-1；距離由數(shù)顯尺（數(shù)顯尺原理說(shuō)明見附錄2）或機(jī)械刻度尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個(gè)方向）移動(dòng)距離，使觀察到的波形又回到前面所說(shuō)的特定角度的斜線，記錄下此時(shí)的距離Li。即有：波長(zhǎng)λi=│Li -Li-1│
用共振干涉法測(cè)量聲波的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
圖中S1和S2為壓電超聲換能器。信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦交流信號(hào)加到S1上，由S1完成電聲轉(zhuǎn)換，作為聲源，發(fā)出波前近似為平面的聲波；S2作為超聲波接收換能器，將接收到的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后接入示波器觀察。S2在接收聲波的同時(shí)，其表面還反射一部分聲波。當(dāng)S1與S2的表面互相平行時(shí)，往返于S1與S2之間的聲波發(fā)生干涉而形成駐波。
依波動(dòng)理論，設(shè)沿X方向射出的入射波方程為
y1=Acos(ωt-2πλx)
反射波方程為
y2=Acos(ωt+2πλx)
式中，A為聲源振幅；ω為角頻率；2πxλ為由于波動(dòng)傳播到坐標(biāo)x處(t時(shí)刻)引起的位相變化。
在任意時(shí)刻t，空氣中某一位置處的合振動(dòng)方程為
y=y1+y2=(2Acos2πλx)cosωt
上式即為駐波方程。
當(dāng)cos2πλx=1，即2πλx=kπ時(shí)，在x=k·λ2 (k=0,1,2?)處，合成振動(dòng)振幅最大，稱為波腹或聲振幅的極大值。
當(dāng)cos2πλx=0，即2πλx=(2k+1)π2時(shí)，在x=(2k+1)·λ4 (k=0,1,2?)處，合成振動(dòng)振幅最小，稱為波節(jié)或聲振幅的極小值。
改變兩換能器之間的距離，當(dāng)二者之間的距離是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，在發(fā)射換能器和接收換能器處，聲波的幅度（聲壓）都達(dá)到極大值，此時(shí)稱為“共振”。在相鄰極大值之間，兩換能器間的距離變化量為λ/2。由波腹(或波節(jié))條件可知，相鄰兩個(gè)波腹(或波節(jié))間的距離為λ2，當(dāng)S1和S2間的距離L恰好等于半波長(zhǎng)(5)
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