预习思考题_超声实验

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1、北京师范大学物理实验教学中心基础物理实验预习思考题姓名学号院系武秀琪201011151048化学学院【实验题目】超声实验1．什么是超声波？列举几种超声波的应用。答：超声波指的是频率超过2×104（十的四次方）Hz，人耳听不到的声波。超声波的应用：蝙蝠用超声波导航和觅食；利用压电效应产生超声波来探测体内脏器病变，固体材料内部缺陷等；超声波还可作为一种高频振动能量的应用于清洗、加热以及凝胶制备2．实验中是如何产生和探测超声波的？答：实验通过超声波实验仪的配件——探头产生和探测超声波。探头分直探头和斜探头。工作时，一个探头同时负责超声的产生和接收。探头的核心器件是一片由具有压电效应的陶瓷材料制

2、成的晶片，其工作原理是：仪器先给压电晶片的两极施加一个电压短脉冲,由于逆压电效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡，振荡频率与晶片的声速和厚度有关,适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波,即超声波。由于晶片振动能量减小，振幅减小，因此发射的是一个超声波脉冲波。探测超声波时，由于超声波在材料内部传播时会在被检对象处发生散射，同一压电晶片接收散射波,根据正压电效应,振荡的晶片在两极产生振荡的电压,电压被放大后可以用示波器显示，完成超声波的接收探测。3．超声波在固体中的传播与在空气中有什么主要区别？答：超声波在固体与空气中的传播之所以不同，是因为固体中剪切力的存在。空气中，声波只能是纵

3、波，只有一个声速。而在固体中，由于剪切力的存在，通常有三种类型的波:纵波，横波，表面波波形。纵波只要在任何弹性介质发生密度交替变化时都可以产生，故它是固体和空气中都能产生传播的。而横波和表面波形只在固体中产生传播。因为横波是剪切力交替作用于固体介质使其承受切变变形才产生的，而表面波形是沿着固体表面传播北京师范大学物理实验教学中心基础物理实验预习思考题的具有横波和纵波的双重性质的波，因此也只有在固体中才可以产生和传播。4．直探头和斜探头发射的超声波有什么区别?答：直探头与斜探头产生的都是纵波，但是直探头发射的是纵波，让其进入被测材料后发生扩散，测量扩散角；斜探头让纵波以一定角度斜射入样品，

4、做到发射的只是横波，横波还要多测量一个折射角。5．简述超声探伤的原理。答：超声探伤是通过测量反射波来获得物体内部的信息。在进行缺陷定位时，测量缺陷反射回波对应的时间，根据被测材料的声速可以计算出缺陷到探头入射点的垂直深度或水平距离。在超声成像时，探头在试块顶部二维扫描，得到来自试块内部缺陷深度的分布，再利用计算机进行图像重建，就可以得到试块内部缺陷的立体图像。由于衍射的存在，实际的超声波总有一定的发散性。通常我们用偏离中心轴线后振幅减小一半的位置表示声束的边界。成绩（满分20分）：