1、
用相位法测声速
精品资料
用相位法测声速
【实验目的】
1、学习用相位法测量空气中的声速。
2、了解空气中的声速与温度的关系。
3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。
4、了解换能器的原理及工作方式。
【实验仪器】
综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。
【实验原理】
1、 声波的波速
测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率情况下，测量声信号的波长，由
公式，计算出声速。
图 2 实验连线示意图
3、相位法测量声速的原理
图2为实验连线示意图，它由综合声速测试仪
2、信号源、和示波器组成。声速测试仪装置的支架上部装有游标尺，游标尺的刀口下部装有两只压电换能器。作为发射超声波用的换能器固定在刀口的左端。另一只接收超声波用的换能器装在刀口的右端，可沿着游标尺移动。两只换能器的相对位移可从游标尺上读得。使换能器发射超声波的正弦电压信号由信号源供给。正弦电压信号的频率直接在信号源的数码管上显示出来。换能器把接收到的超声波压转换成电压信号，用示波器观察。
由信号源产生的一正弦波信号，一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“（轴）”，另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“”，再传送到“”，然后送入示波器的“(轴)”。在示波器上将显示出两个频率相等、振动
3、方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。由于两信号到达时间不同（或存在有波程差）而产生相位差。
相位差不同，利萨如图形也不同。即
合成后的方程为
这是一个稳定的椭圆利萨如图形。
当时
或
这是一直线方程。即两者相位相同或相位差为的整数倍时，合成为一条直线。
当时
合成后的利萨如图形为正椭圆。可见利萨如图形随相位差的变化而改变。当连续移,增大与之间的距离时，利萨如图将从直线到椭圆再到直线变化，如图3所示。当改变一个波长时，即两信号的相位差改变时，图
4、形就会重复出现同样斜率的直线。如图3所示。这样就可以测量出波长的长度。
图 3 不同相位差对应的利萨如图
【实验步骤】
1、按图2 所示接线，将换能器间距离调整到约50mm。信号源输出频率为，大约为36000。
2、打开示波器电源，预热5分钟，待出现一条绿色的水平线。将开关置于“CH1”，显示X方向的正弦波形，然后将开关置于”CH2”,显示Y方向的波形。应使两者的幅度大致相等。幅度不应过大。
3、将示波器的旋钮旋到位置，示波器出现“椭圆”图形。将图形调至中间。旋转声速测定仪上的手轮，看图形的变化规律，看是否是从左到右再从右到
5、左变化。
4、将利萨如图形调成一条直线，并记住直线的位置。打开自动记录仪的电源开关，并清零。
5、转动声速测定仪上的手轮，逐步增大换能器间距，观察相应的李萨如图形，直到图形再回到开始的直线位置时，记录下记录仪上的读数，并记录信号源上的频率。
6、重复步骤。记录8组数据，填在相应的表内。
五、数据记录
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
六、数据处理
计算平均波长
波长绝对不确定度
平均频率
频率绝对不确定度
计算平均声速
相对不确定度
波长绝对不确定度
波速的完整表示
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