示波器的使用和空气中声速的测量.ppt

示波器的使用及空气中声速的测量 目录 1 实验目的2 实验原理3 实验仪器介绍4 实验内容及步骤5 注意事项 实验目的 1 了解示波器的结构和工作原理 2 掌握示波器 信号发生器的作用和使用 3 利用示波器进行不同信号的测量 并掌握测量后的数据处理 4 用振幅法和位相法测定空气中的声速5 了解声速测量的应用和发展 实验原理 示波器 1 示波管的构造原理2 示波器显示波形的原理示波器显示李萨如图 示波器的构造 示波器由电源供给电路 显示电路 放大电路和扫描与同步电路 示波管是其关键部分 主要由电子枪 偏转系统和荧光屏三部分组成 示波器原理 示波器的图像显示 示波器显示的图像受水平偏偏转电压和垂直偏转电压的影响 例 示波器原理 李萨如图像显示 相同频率不同相位时的李萨如图形 利用李萨如图比较两个信号之间的相位差 由两个偏振互相垂直且相位不同的线偏振光相干形成 不同相位差时的李萨如图像 声速测量 声速的特点 频率在20 20000Hz的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波 声波是一种机械波 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关 只取决于空气本身的性质 因此有 在标准状态下 在00C时 vt 331 45m s 在t0C时 干燥空气中声速的理论值为 本实验是对超声波波速的测量 测量声速最简单 最有效的方法之一是利用声速v 振动频率f和波长 之间的基本关系 即 v f 测出声振动频率f和声波的波长 就可算出声波的波速v 当然这仅仅是一种最简便的近似测量 实验室中常利用 用振幅法 相位法测定波长 由函数发生器或示波器直接读出频率f 声速测量原理 振幅法也称驻波法 发射器发出的声波近似于平面波 经接收器反射后 波将在两端面间来回反射 并且叠加 当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振 产生共振驻波现象 波幅达到极大 由纵波的性质可以证明 振动位移处于波节时 则声压是处于波腹 位移 声压 S1 S2 声速测量原理 振幅法测波长 移动接收换能器S2 记录波形振幅最大时的s2位置 波是振动状态的传播 也可以说是相位的传播 沿传播方向上的任何两点 其振动状态相同 同相 相位差为0 或者说其相位差为2 的整数倍时两点间的距离应等于波长 的整数倍 即l n n为一正整数 利用这个公式可测量波长 相位法又可分为行波法和李萨如图形法 声速测量原理 相位法测波长 将发射信号和接收信号同时输入到示波器 此时示波器上同時显示的发送和接收电信号 当改变两个换能器之间的距离时 发送信号不变 而接收电信号 正弦波 的幅值和位置均发生变化 当接收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时接收器走过的距离 就是信号的波长 声速测量原理 行波法测波长 位相法的另一种测量方法是李萨如图法当两路信号同时输入到示波器时 荧光屏上将显示出两个同频率相互垂直的谐振动的叠加图形 李萨如图 两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 声速测量原理 李萨如图形法测波长 本实验使用的仪器主要有 声速测量仪 函数发生器和示波器 声速测量仪由 超声压电陶瓷换能器 带有标尺的底座和读数装置构成 用来作声压与电压之间的转换 以及波长的测量 函数发生器用来产生超声波 示波器用来观察超声波的振幅 相位和频率 实验仪器及注意事项 1 声速测量仪 读数装置 压电陶瓷换能器 标尺 底座 传感器及它的内部结构 传感器是物理实验中常用的间接测量元件 本实验中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的 其中一个是用来产生机械振动并在空气中激发出超声波 另一个用来接收振动 同时电输出端产生相应的电信号 传感器内部结构 压电陶瓷片 电输入或输出端 铝外壳 信号发生器 函数选择 频率范围选择 频率微调 信号输出 开关 1 谐振频率的测量 改变信号发生器的频率时 会看到波的幅度会增大 当波幅最大时 即达到换能器的共振频率 2 利用共振驻波法测量声速 将换能器的接收端接入示波器的CH1通道 当改变换能器之间的距离时 驻波的波幅会随着距离的增大而变化 记录波幅最大时的接收换能器的位置 3 利用行波法测量声速 保持刚才的接线 同时将发射波接入CH2 选择触发与发射波同步 当改变换能器之间的距离时 接收波的位置会发生变化 记录接收波与发射波重合时的接收换能器的位置 4 利用李萨如图法测量声速 保持刚才的接线 水平显示选择X Y 当改变换能器之间的距离时 示波器上的李萨如图形会发生变化 记录同斜率的直线李萨如图出现时 接收换能器的位置 注意事项 利用示波器测量声速时 需要将两换能器先接近 移动时需要观察 避免两换能器接触到 距离大约是S1S2 2 0cm 信号发生器的输出幅度Vpp 20 0 f为谐振频率 为测量