超声波测量声速-大学物理仿真实验报告

超声波测光速---仿真实验报告实验日期：教师审批签字：实验人：审批日期：一、实验目的1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。2.了解超声波的产生、发射、接收方法。3.用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。二、实验仪器及仪器使用方法（一）实验仪器eq\o\ac(○,1)超声声速测定仪（主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺）eq\o\ac(○,2)函数信号发生器eq\o\ac(○,3)示波器。（二）仪器使用方法1、连接测量电路。连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。如已有连线，则此操作将去掉连线。鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。2、调整仪器。双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。（1）示波器的使用与调整。请先调整好聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，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的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。（2）信号发生器的调整。频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。（3）超声速测定仪的使用。eq\o\ac(○,1)通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。eq\o\ac(○,2)当把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“ßà”标志，表明此时可以移动。按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。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=fλ，只要知道频率和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，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。

1、驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别为叠加后合成波为：当x=(n=0,1,2,3……)时为波腹，当x=(n=0,1,2,3……)时为波节。相临波腹（波节）间距离为，故只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。2、相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：（其中是波长，x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。五、数据记录及数据处理驻波法相位法实验次数123123频率（HZ）340003500036000340003500036000L1（mm）3.989.209.22L2（mm）9.149.289.3414.3814.4014.40声速（m/s）350.88355.60368.64353.60364.00372.96平均值（m/s）358.37363.52六、实验结论及误差分析用驻波法测得声速v=358.37m/s,误差为用相位法测得声速v=363.52m/s,误差为2、误差分析eq\o\ac(○,1)、对于驻波法，调节波的振幅时，由于在振幅最大与最小附近变化不明显，因此可能读数时并非是处于振幅最大与最小处，导致求得的波长不准。eq\o\ac(○,2)、对于相位法，调节游标卡尺时，肉眼观察图案成为一条线