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) ___________________ 學號 ___________________ 姓名 ___________________ 一、預習要點 1. 聲波的傳播速度應如何計算,實驗中應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. 聲速的理論值應如何計算? 4. 在課前寫好預習報告,上課時務必將預習報告和原始數據表格一并帶來,否則扣分 。 二、實驗內容 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. 調節(jié)聲速測定儀上的手輪時,必須沿著同一個方向旋轉,避免產生空程差,并能保證數據是連續(xù)的; 2. 在求波長時采用的是數據之間的差值 (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均會產生較多干擾,因此建議在 50~200mm 之間完成實驗; 3. 測量讀數由標尺的讀數與手輪的讀數共同構成,讀數原理類似于螺旋測微器,要估讀到最小分度值的下一位。 四、數據處理要求 (對表 1、 2、 3 進行以下數據處理;表 4 不需要進行數據處理) 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準表達式; 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. 求解頻率標準表達式的計算過程: 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. 求解波長標準表達式的計算過程(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. 求解速度值標準表達式的計算過程: 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, 均應分別計算兩次。 五、原始數據記錄表格

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、數據處理注意事項 1. 計算步驟應詳細,每一步都要有原始公式,數據代入過程和結果;計算過程中,得出的結果應多取幾位有效數字,在寫出標準表達式時,再對有效數字按規(guī)則進行修約; 2. 計算結果應包含數值和單位。 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,如果用相位法測量,是每隔 __________ 個波長記一次數;若聲波的頻率值為 36.000KHz 時,聲速測定儀的標尺第一次讀數為 60.650mm ,第二次讀數為 70.050mm,則此時采用的是 _______________。 2. 在你的實驗中,根據數據處理的計算結果,哪種方法測得的聲速更接近于理論值?分析實驗中可能產生誤差的原因。

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