實驗超聲波傳播速度的測量

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1、 實驗 超聲波傳播速度的測量 裝 訂 處  專業(yè) ___________________ 學(xué)號 ___________________ 姓名 ___________________ 一、預(yù)習(xí)要點 1. 聲波的傳播速度應(yīng)如何計算，實驗中應(yīng)測量哪些物理量才能得到聲速值？ 2. 測量每個物理量需要利用的原理是什么？

2、 3. 聲速的理論值應(yīng)如何計算？ 4. 在課前寫好預(yù)習(xí)報告，上課時務(wù)必將預(yù)習(xí)報告和原始數(shù)據(jù)表格一并帶來，否則扣分 。 二、實驗內(nèi)容 1. 連接聲速測定儀，信號源和模擬示波器； 2. 測量系統(tǒng)的諧振頻率：重復(fù)測量3 次，填入表 1，計算其平均值，并利用平均值來測量波長； 3. 共振干涉法測量波長：連續(xù)記錄 8 次，填入表 2； 4. 相位比較法測量波長：連續(xù)記錄 8 次，填入表 3； 5. 時差法測量聲速：連續(xù)記錄6 次，填入表 4，并計算表格中其余物理量； 6. 記錄實驗時的室溫 t __________℃，計算室溫下聲速的

3、理論值。 三、實驗注意事項 1. 調(diào)節(jié)聲速測定儀上的手輪時，必須沿著同一個方向旋轉(zhuǎn)，避免產(chǎn)生空程差，并能保證數(shù)據(jù)是連續(xù)的； 2. 在求波長時采用的是數(shù)據(jù)之間的差值 （即用 逐差法 計算波長），因此表 2、表 3 的起點是任意的； 由于換能器之間距離過近或過遠(yuǎn)均會產(chǎn)生較多干擾，因此建議在 50~200mm 之間完成實驗； 3. 測量讀數(shù)由標(biāo)尺的讀數(shù)與手輪的讀數(shù)共同構(gòu)成，讀數(shù)原理類似于螺旋測微器，要估讀到最小分度值的下一位。 四、數(shù)據(jù)處理要求 （對表 1、 2、 3 進行以下數(shù)據(jù)處理；表 4 不需要進行數(shù)據(jù)處理） 1. 求出駐波法與相位法中，超聲波的頻率

4、、波長以及傳播速度的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式； 2. 求出室溫下聲速的理論值，以及上述兩種方法的相對誤差。 【參考公式 】 1. 求解頻率標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計算過程： n 2 f 1 n fi ； Sf 1 fi f 儀 2 2 f f u f ； u f n 1 n n ； 儀 3 Sf 儀 1 2. 求解波長標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計算過程（需要用到 逐差法 ）： 共振干涉法：

5、 i 2 Li 4Li ，相位比較法： i 1 Li 4 Li 4 4 之后的計算步驟與求頻率相同； 3. 求解速度值標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計算過程： 2 2 v f ； uv u f f u v v uv 4. 室溫下的理論值： vt v理 1 0.00367t ，其中 v理 331.2m/s 5. 相對誤差的計算； v vt E 100% vt 注意：由于測量波長使用兩種方法測量，因此波長值、速度值與相對誤差， 均應(yīng)分別計算兩次。 五、原始數(shù)據(jù)記錄表格

6、 成績 __________ 教師簽字 _______________組號 ________ 同組人姓名 ____________________ 表 1 測量系統(tǒng)的諧振頻率 儀 _______________kHz i 1 2 3 平均值 fi / kHz 表 2 共振干涉法測量波長 儀 _______________mm i 1 2 3 4 5 6 7 8 Li / mm 表 3 相位比較法測量波長 儀 _______________mm

7、 i 1 2 3 4 5 6 7 8 Li / mm 表 4 時差法測量聲速 i 1 2 3 4 5 6 Li / mm ti / μs 計算 L4 L1 __________ L5 L2 __________ L6 L3 __________ v / m/s t4 t1 __________ t5 t2 __________ t6 t3 __________ v _____ v1 L4 L1 ______ v2 L5

8、 L2 ______ v3 L6 L3 ______ t 4 t1 t5 t2 t6 t3 六、數(shù)據(jù)處理注意事項 1. 計算步驟應(yīng)詳細(xì)，每一步都要有原始公式，數(shù)據(jù)代入過程和結(jié)果；計算過程中，得出的結(jié)果應(yīng)多取幾位有效數(shù)字，在寫出標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式時，再對有效數(shù)字按規(guī)則進行修約； 2. 計算結(jié)果應(yīng)包含數(shù)值和單位。 七、思考題  裝 訂 處 1. 實驗中，如果用駐波法測量，是每隔__________ 個波長記一次數(shù)，如果用相位法測量，是每隔 __________ 個波長記一次數(shù)；若聲波的頻率值為 36.000KHz 時，聲速測定儀的標(biāo)尺第一次讀數(shù)為 60.650mm ，第二次讀數(shù)為 70.050mm，則此時采用的是 _______________。 2. 在你的實驗中，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的計算結(jié)果，哪種方法測得的聲速更接近于理論值？分析實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因。