声速测量#.docVIP免费

声速的测量在弹性介质中，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz之间。超声波的传播速度，就是声波的传播速度。超声波具有波长短，易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。因而通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子。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。下图是超声波测声速实验装置图。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，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：y=(2Acos2Xcos2ftcos2X的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：X=±n(n=0,1,2,3……)cos2X的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：X=±(2n+1)(n=0,1,2,3……)因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。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：=2x/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。实验重点了解超声波的发射和接收方法。加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。掌握用驻波法和相位法测声速。注意事项确保换能器S1和S2端面的平行。信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。参考资料1．赵凯华，陈熙谋《电磁学》高等教育出版社2．马文蔚等《物理学教程》高等教育出版社3．谢行恕，康士秀，霍剑青《大学物理实验》高等教育出版社4．陆廷济，胡德敬，陈铭南《物理实验教程》同济大学出版社<完>