實(shí)驗(yàn)超聲波傳播速度的測(cè)量

實(shí)驗(yàn) 超聲波傳播速度的測(cè)量裝訂處專業(yè) _學(xué)號(hào) _姓名 _一、預(yù)習(xí)要點(diǎn)1. 聲波的傳播速度應(yīng)如何計(jì)算，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量哪些物理量才能得到聲速值？2. 測(cè)量每個(gè)物理量需要利用的原理是什么？3. 聲速的理論值應(yīng)如何計(jì)算？4.在課前寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，上課時(shí)務(wù)必將預(yù)習(xí)報(bào)告和原始數(shù)據(jù)表格一并帶來，否則扣分。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 連接聲速測(cè)定儀，信號(hào)源和模擬示波器；2. 測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率：重復(fù)測(cè)量3 次，填入表 1，計(jì)算其平均值，并利用平均值來測(cè)量波長(zhǎng)；3.共振干涉法測(cè)量波長(zhǎng)：連續(xù)記錄8 次，填入表2；4.相位比較法測(cè)量波長(zhǎng)：連續(xù)記錄8 次，填入表3；5. 時(shí)差法測(cè)量聲速：連續(xù)記錄6 次，填入表 4，并計(jì)算表格中其余物理量；6. 記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫 t _，計(jì)算室溫下聲速的理論值。三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 調(diào)節(jié)聲速測(cè)定儀上的手輪時(shí)，必須沿著同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，避免產(chǎn)生空程差，并能保證數(shù)據(jù)是連續(xù)的；2.在求波長(zhǎng)時(shí)采用的是數(shù)據(jù)之間的差值（即用 逐差法 計(jì)算波長(zhǎng)），因此表 2、表 3 的起點(diǎn)是任意的；由于換能器之間距離過近或過遠(yuǎn)均會(huì)產(chǎn)生較多干擾，因此建議在50200mm 之間完成實(shí)驗(yàn)；3. 測(cè)量讀數(shù)由標(biāo)尺的讀數(shù)與手輪的讀數(shù)共同構(gòu)成，讀數(shù)原理類似于螺旋測(cè)微器，要估讀到最小分度值的下一位。四、數(shù)據(jù)處理要求 （對(duì)表 1、 2、 3 進(jìn)行以下數(shù)據(jù)處理；表4 不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理）1. 求出駐波法與相位法中，超聲波的頻率、波長(zhǎng)以及傳播速度的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式；2. 求出室溫下聲速的理論值，以及上述兩種方法的相對(duì)誤差?！緟⒖脊?】1. 求解頻率標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過程：n2f1nfi； Sf1fif儀22f f u f； u fn 1n n；儀3Sf儀12. 求解波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過程（需要用到逐差法 ）：共振干涉法：i2Li4Li，相位比較法： i1Li 4Li44之后的計(jì)算步驟與求頻率相同；3. 求解速度值標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過程：22vf； uvu ff uvvuv4. 室溫下的理論值：vtv理10.00367t ，其中 v理331.2m/s5. 相對(duì)誤差的計(jì)算；vvtE100%vt注意：由于測(cè)量波長(zhǎng)使用兩種方法測(cè)量，因此波長(zhǎng)值、速度值與相對(duì)誤差，均應(yīng)分別計(jì)算兩次。五、原始數(shù)據(jù)記錄表格成績(jī) _ 教師簽字 _組號(hào) _ 同組人姓名 _表 1測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率儀_kHzi123平均值fi / kHz表 2共振干涉法測(cè)量波長(zhǎng)儀_mmi12345678Li / mm表 3相位比較法測(cè)量波長(zhǎng)儀_mmi12345678Li / mm表 4時(shí)差法測(cè)量聲速i123456Li / mmti / s計(jì)算L4L1_L5L2_L6L3_v /m/st4t1_t5t2_t6t3_v_v1L4L1_v2L5L2_v3L6L3_t 4t1t5t2t6t3六、數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)1. 計(jì)算步驟應(yīng)詳細(xì)，每一步都要有原始公式，數(shù)據(jù)代入過程和結(jié)果；計(jì)算過程中，得出的結(jié)果應(yīng)多取幾位有效數(shù)字，在寫出標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式時(shí)，再對(duì)有效數(shù)字按規(guī)則進(jìn)行修約；2. 計(jì)算結(jié)果應(yīng)包含數(shù)值和單位。七、思考題裝訂處1. 實(shí)驗(yàn)中，如果用駐波法測(cè)量，是每隔_ 個(gè)波長(zhǎng)記一次數(shù)，如果用相位法測(cè)量，是每隔_ 個(gè)波長(zhǎng)記一次數(shù)；若聲波的頻率值為 36.000KHz 時(shí)，聲速測(cè)定儀的標(biāo)尺第一次讀數(shù)為 60.650mm ，第二次讀數(shù)為 70.050mm，則此時(shí)采用的是 _。2. 在你的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算結(jié)果，哪種方法測(cè)得的聲速更接近于理論值？分析實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因。