
物理测超声波声速实验报告的分析讨论是什么
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)2函数信号发生器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。
1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。
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 = f λ,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l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2p。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
五、实验方法驻波法相位法六、实验结论及误差分析1、 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。
2、对于相位法,调节游标卡尺时,肉眼观察图案成为一条线时,实际可能没有完全重合,导致求得的波长不准。
3、建议1、多次测量求平均值。
2、改进软件性能,使分辨率提高
超声声速的测量实验种采用逐差法处理数据有什么好处
逐差法能够对超声声速测量过程中的样本点进行充分利用,同时减少测量仪器带来的误差,通过逐差法,能够很容易的发现测量过程中的数据的错误点。
逐差法是一种常用的数据处理方式。
逐差法是为提高实验数据的利用率,减小了随机误差的影响,另外也可减小了实验中仪器误差分量,因此是一种常用的数据处理方法。
其把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减,然后将所得差值作为因变量的多次测量值进行数据处理的方法。
逐差法是针对自变量等量变化,因变量也做等量变化时,所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果。
其优点是充分利用了测量数据,具有对数据取平均的效果,可及时发现差错或数据的分布规律,及时纠正或及时总结数据规律。
它也是物理实验中处理数据常用的一种方法。
例如在高中物理“求匀变速直线运动物体的加速度”实验中分析纸带就是用的逐差法。
运用公式△X=at^2; X2-X1=X4-X3=Xm-Xm-1 当时间间隔T相等时,假设测得 X1,X2,X3,X4 四段距离,那么加速度 a=【(X4-X2)+(X3-X1)】\\\/(2T)2
在验证多普勒效应并由测量数据计算声速实验中,引起误差的原因有哪些?
大学物理一般都是用声波和超声波做实验的。
误差原因:1、频率源不稳定2、频率计不准确3、运行速度不准确4、介质(一般是空气)不稳定,受干扰,风吹5、多台仪器放在一起,相互干扰6、如果是超声波,距离太远造成声波衰减过大,引起测频的判别误差。
就是这些了。
气体中声速的测定
飞秒检测通过一下原理测定,由于超声波具有波长短,易于定向发射、易被反射等优点。
在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短,可以在短距离较精确的测出声速。
超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现,最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。
本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头),这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。
声波的传播速度与其频率和波长的关系为:v=入×f (1) 由(1)式可知,测得声波的频率和波长,就可以得到声速。
同样,传播速度亦可用v=L\\\/t(2)表 示,若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t,也可获得声速。
由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:v = f λ,只要知道频率和波长就可以求出波速。
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。
怎样测量海水中的声速
科拉顿设计的方法虽然能测出水中的声速,但是在波涛滚滚的大海中,让两条调查船保持固定的距离十分困难,因此实际应用中这一方法并不可行。
从100多年前瑞士物理学家科拉顿第一次测出水中的声速以来,科学家们已经从大量的实验数据中找到了声速与海水的温度、盐度和压力的关系,并总结出了一个经验公式。
因此只要测出海水的温度、盐度和压力,就可以根据公式算出海水中的声速了。
而温度、盐度和压力这三个基本量可以在海洋观测中测量出来。
利用温度、盐度和压力来计算声速,曾是多年来获得海水中声速的惟一方法。
\ 经过多年的不断努力,在20世纪70年代初,科学家们终于找到了直接测量海水中声速的方法,并根据这一方法设计制造了声速测量器。
很快声速测量器就成为人们迅速、准确测量水下声速的重要工具。
声速的测量实验中为什么要使压电换能器S1和S2的表面始终保持互相平行
(1)声波的正面反射压力与斜着的反射压力是不一样的,要求二者平行是为了保证声波的正面反射,以求得最大反射压力,使实验数据更精确。
(2)如果二者不平行,则反射回来的声波不能正确打在S1的正中心,会有一部分声波能量没有打在S1上,也就不能正确测得反射回的能量。
会使实验不准确。
用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同
相同之处: 都用连续波测量,均依靠示波器测量共振法:平行传播的声波与反射波产生干涉,形成驻波。
改变半个波长的传播路程,驻波的波幅变化一个周期,从而可测得波长,乘以频率,得到声速。
相位法: 比较接收波相对与发射波的相位差,改变一个波长的传播路径,相位变化360度,从而通过测看相位图 ,就可测得波长,乘以频率,得到声速。
时差法怎么测量声速
用时差法测量超声声速实验目的:了解时差法测声速的原理,用时差法测量声速掌握声速测定仪和示波器的使用方法设计合理的测量方法和数据处理方法,减小误差实验原理时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S\\\/时间T,通过在已知的距离内计测声波传播的时间;从而计算出声波的传播速度,在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波,经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大,滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间,从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法,而由仪器本身来计测,所以其测量精度要高。
时差法测量声速图 实验步骤(1)连接好电路。
信号源的“声速测试方法”设置到“脉冲波”方式。
(2)将S1和S2之间的距离调到一定距离(≥80mm),再调节信号源的“接收放大”旋钮(只在“脉冲波”方式有作用),使示波器上显示的接收波信号幅度(峰-峰值)在350~400mV左右,使定时器工作在最佳状态。
然后记录此时的距离值Li-1和显示的时间值ti-1(时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出)。
(3)移动S2,同时调节“接收放大”旋钮,使接收波信号幅度始终保持一致。
记录下这时的距离值Li和显示的时间值ti。
(4)用公式
超声光栅测声速实验误差产生的原因
实验装置有震动导线分布电容影响电频率(不要触碰导线)液体温度升高(试验时间不宜过长)不要污染通光部位
驻波法和相位法测量声速哪个精确
声速测量中的驻波法是观测声波与其反射波所形成的驻波。
由于,改变半个波长的传播路程,驻波的波幅会变化一个周期,可以测得波长,再乘以频率,既可得到声速。
相位法法是比较接收波与发射波的相位差,在示波器上形成李沙如图。
由于,改变一个波长的传播路径,相位会变化2pi,李沙如图变化一个周期。
从而测得波长,乘以频率,得到声速.其实两种方法,所用仪器完全相同,从本质上来说也没啥区别。



