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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
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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。