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    西安交大物理仿真实验实验报告

    时间：2020-10-23 12:09:33 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：实验 仿真 西安交大

    　西安交通大学实验报告

    　第 第 1

    　页(共 共 10

    　 页) 课程:_ ＿_ ＿_ 大学物理实验_ ＿__实ﻩ 实 验 日 日

    　期 期 ：

    　2 ０14

    　年

    　 11 月

    　 30日 日 专业班号______ 组别__ 无___

    　交 报 告 日 期 ：

    　：

    　20 １2 年

    　12 月

    　 4

    　日 姓 姓

    　名 名___ 学号______

    　报 告 退 发 ：

    　（订正、重做）

    　同 同 组 者____ ＿_________ ＿________ ＿_ ＿＿_

    　 教师审批签字：

    　：

    　实验名称：

    　超声波测声速 一、实验目得: 1、了解超声波得产生、发射、与接收方法；

    　2、用驻波法、相位比较法测量声速。

    　二、实验仪器：

    　SＶ—DH 系列声速测试仪,示波器，声速测试仪信号源。

    　三、实验原理: 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系:v = ｆ λ,只要知道频率与波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器,信号发生器得输出频率就就是声波频率。声波得波长用驻波法(共振干涉法)与行波法（相位比较法)测量。下图就是超声波测声速实验装置图.

    　 1、驻波法测波长 由声源发出得平面波经前方得平面反射后,入射波与发射波叠加，它们波动方程分别就是:

    　叠加后合成波为: 振幅最大得各点称为波腹，其对应位置：

    　振幅最小得各点称为波节，其对应位置：

    　因此只要测得相邻两波腹(或波节)得位置 Xｎ、Ｘn—1 即可得波长。

    　2、相位比较法测波长 从换能器 S1 发出得超声波到达接收器 S2，所以在同一时刻 S１与 S2 处得波有一相位差：。因为 x 改变一个波长时,相位差就改变２π。利用李萨如图形就可以测得超声波得波长。

    　四、实验内容 1.接线

    　２.调整仪器 （１)示波器得使用与调整 使用示波器时候，请先调整好示波器得聚焦。然后鼠标单击示波器得输入信号得接口,把信号输入示波器.接着调节通道 1,2 得幅度微调，扫描信号得时基微

    　调。最后选择合适得垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关,Auｔｏ—Nｏrm-Ｘ－Y 开关,在示波器上显示出需要观察得信号波形。输入信道得信号就是由实验线路得连接决定得。

    　(２）信号发生器得调整 根据实验得要求调整信号发生器，产生频率大概在 35ＫHz 左右,幅度为 5Ｖ得一个正弦信号。由于本实验测声速得方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号,然后再转为电信号进行得，所以在开始测量前需要调节信号得频率为换能器得共振频率。在寻找共振频率时,通过调节信号发生器得微调旋钮,观察示波器上信号幅度就是否为最大来逐步寻找得。

    　（3）超声速测定仪得使用 在超声速测定仪中,左边得换能器就是固定得,右边得换能器就是与游标卡尺得滑动部分连接在一起得。这样，左右换能器间得距离就可以通过游标卡尺来测量出来,在上图得下半部分就是一个放大得游标卡尺得读数图。

    　3。实验内容

    　寻找到超声波得频率(就就是换能器得共振频率)后，只要测量到信号得波长就可以求得声速。我们采用驻波法与相位比较法来测量信号波长：

    　(1）驻波法

    　 信号发生器产生得信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。改变换能器之间得距离(移动右边得换能器）时,在接收端（把声信号转为电信号得换能器)得信号振幅会相应改变。当换能器之间得距离为信号波长得一半时,接受端信号振幅为最大值。

    　 实验中调节示波器得垂直方式选择开关,触发源选择开关,内触发源选择开关,Ａuｔo-Ｎorm-X-Ｙ开关，使屏幕上显示出接受端信号，图见前面“调整仪器”中“示波器得使用与调整”部分。然后,一边移动右边换能器，一边观察示波器上得信号幅度。当信号幅度为最大值时,通过放大得游标卡尺读出此时换能器间得距离。两个相邻得信号幅度最大时换能器间得距离差就就是波长得一半。

    　（２）相位比较法

    　由于两个换能器间有距离,这样在两个换能器处得信号有一相位差。当换能器间距离改变一个波长时,相位差改变 2p。

    　实验中调节示波器得垂直方式选择开关,触发源选择开关，内触发源选择开关,Ａｕｔo-Norm－Ｘ-Y 开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生得李撒如图（见图１1）.然后,一边移动右边换能器，一边观察示波器上得李撒如图。当观察到两

    　个信号得相位差改变 2 时，通过放大得游标卡尺读出此时换能器间得距离. 五、注意事项：

    　1.确保换能器 S1 与 S2 端面得平行。

    　2。信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率 f0 保持一致.

    　六、实验经过及数据记录: （1）驻波法测声速

    　连线如图

    　调节各仪器到如下图所示状态（所示波峰峰值最大）:

    　 读数：３、９8mｍ

    　； 再调节声速测试仪,使所示波峰峰值重新达到最大

    　读数：9、2８ｍm

    　 ； :示所下如录记，据数组多出读，推类此以ﻫ1４、36ｍm

    　19、５4ｍm

    　２４、88mm

    　２９、98mm

    　35、28mｍ

    　40、4２mm

    　４5、６6mm

    　50、７4mｍ

    　５５、94mm

    　61、12mm

    　66、３６mm

    　７1、56mｍ

    　７6、８2mｍ

    　81、9８ｍｍ

    　8７、14ｍm

    　92、34mm

    　97、66mm

    　10２、76mm

    　108、０4mm

    　1１3、12mm

    　(2）相位比较法

    　连线如图

    　 调节各仪器到如下图所示状态：

    　读数：9、2０mm

    　； 再调节声速测试仪，使所示波型与前一次相同：

    　读数:19、６2mm

    　 ； 以此类推，读出多组数据,记录如下:

    　３0、00ｍm

    　４0、4２mm

    　５0、８2mm

    　61、1８ｍm

    　７１、6２ｍm

    　82、00mm

    　92、４2mm

    　10２、82ｍm

    　113、18mm

    　123、５8mm

    　七、数据处理: （1）驻波法

    　（3、９8ｍm—9、28ｍm－14、３6mm—19、5４ｍm－24、88mｍ—２9、9８mm－3５、２8mm—４0、４2mm—４５、6６mm-5０、74ｍm－55、94mm＋6１、12mm+66、３６ｍｍ+71、56ｍｍ＋7６、８2mm＋81、９８mm+8７、１4mm+9２、34mｍ+97、66ｍm +102、7６mｍ+10８、04mm +113、1２mm)／

    　121=5、20mm

    　 (2)相位比较法

    　(9、２0ｍm-1９、6２mm—30、０0mm－40、4２mm-5０、82ｍm－61、18mm+７１、62mm＋8２、00mｍ +92、４2mm+102、8２mm+113、18ｍm +123、５8mm）

    　/３6= 10、４0mm

    　八、实验总结（包括误差分析、结论、建议等）

    　结论：通过超声波之间得干涉,可以通过测量与计算得到声速得值。

    　误差分析：

    　 （设室温为 2５摄氏度。）

    　百分误差)／346、２8=5、11％ 误差可能得原因：

    　1、在实验进行得过程中,每次依照所示波调节声速测试仪时，都只能靠肉眼察，所以无法准确调到适当位置,存在较大误差。

    　2、声速测试仪信号源输出得波形可能不就是我们想象得那么精确，导致最后所测声速偏大。

    　建议：多做几次，求平均值。

    　九、思考题 1.固定距离，改变频率,以求声速.就是否可行？

    　答:可行。

    　在距离 l 一定时，均匀地改变频率，使所示波峰峰值达到最大亦可得声速。

    　２。各种气体中得声速就是否相同？为什么？

    　答：不同.我们知道通常情况下气体声速,不同得气体具有不同得分子量与气体密度,声波得传播速度不同.

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