示波器的原理和使用、声速测量实验报告.doc

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1、.示波器的原理和使用、声速测量一实验目的(1)了解示波器的基本结构及其工作原理，学习并掌握示波器的基本使用方法;(2)学习电信号有关参数的基本概念及其测量;(3)了解声波在空气中传播速度和气体状态参量的关系;(4)了解超声波产生和接收的原理，学习用相位法测量空气中的声速.二实验原理(1)示波器的工作原理（阴极射线示波管）：由电子枪发出电子，电子经由竖直偏转板组成的偏转系统后，运动方向发生偏转，最终打在涂有荧光粉的荧光屏上，形成光斑。在竖直偏转板上加上一定的电压信号后，再在水平偏转板上加一扫描电压，使光斑沿水平方向拉开，即可在

2、荧光屏上显示竖直偏转板所加的电压波形，此时X和Y方向上电压的周期应相等。(2)利萨如图形如果在示波器的X和Y输入端同时输入频率相同或成简单整数比的两个正弦波信号，则屏幕上的光斑将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为利萨如图形。频率比不同时将形成不同的利萨如图形。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数nx和ny，便可算出另一待测信号的频率。(3)空气中的声速在温度为t℃、相对湿度为r的空气中，声速为(m/s)(4)相位法测量声速声波的传播速度与声波频率的关系为v=fλ只要测出声波的频率f及波长λ，便可求出声速v。其中声波频率

3、f可通过测量声源的振动频率直接得到，波长λ可以利用相位法来测量。波是震动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同（同向）或者说其相位差为2π的整数倍，这是两点间的距离应等于波长λ的整数倍，即l=nλ(n为正整数)利用此关系式可精确地测量波长。三实验仪器(1)TBS1102B-EDU数字示波器、AFG1062型函数信号发生器和自制多波形信号发生器(2)声波发生器、超声波接收器和数显游标卡尺四实验步骤(1)波形观测分别用自制多波形信号发生器输出正弦波、三角波、方波和尖峰波，用示波器显示输出信号

4、，读出峰峰值、周期和频率，并计算出有效值。(2)观察利萨如图形将函数信号发生器的A、B两路正弦信号输入到示波器两个输入端调出fx：fy=1：1，并分别调两稳定波形后合成利萨如图。调整其中一个波的相位，使两波的相位差分别为0，π/4，π/2，3π/4，π，观察并记录示波器上的图形。调整频率，使fx：fy=2：1，并重复上述过程。教育资料.(3)声速测量①记录室温t1和相对湿度r1。②将函数信号发生器的输出端A路与声波发射器的输入端及示波器的CH1相连，将超声波接收器的输出端与示波器的CH2相连。函数信号发生器置于正弦波输出，输

5、出幅度10V左右。接线时注意红色为信号线，黑色为地线。③用示波器观察加在声波发生器上的电信号，先将信号发生器的频率调节到40kHz，然后细调频率，使接收器输出信号最大，并记录下此频率，即为超声波频率。④用相位法测波长。将示波器设置为X-Y工作方式，利用利萨如图找出同相位点来求波长。每遇一个同相点，测一次接收器的位置x，连续测20个数据x1,x2,…,x20,则可得出波长进而得到声速的实验值。⑤再次记录室温t2和相对湿度r2，然后查出平均室温对应的饱和蒸汽压，计算声速的理论值。(4)研究方波与三角波、尖脉冲之间的关系①从电容器

6、的充放电波形到三角波按照右图连接电路，当电源E通过电阻R对电容C充电时，电容C上的电压变化，当t=0时，uc=0；当t=∞时，uc=E。用函数信号发生器输出方波u(峰峰值约5V，f=1kHz)，加在由RC组成的电路上。R=10kΩ，C≈0.01μF。用示波器同时观察u及uc的波形。然后缓慢提高方波u的频率，观看uc的波形变化及幅度变化情况，记录变化规律及前后的频率、电阻及电容等参数。固定u的频率，将R数值由小变大，作同样的观测。②尖脉冲产生原理研究将方波加在右图的电路上。若u是方波，则uR为脉冲波，用示波器同时观察u与uR的

7、波形。实验中取C≈0.01μF，R=200Ω，方波信号频率f=1kHz。实验中改变f或R,观察波形变化。(5)相位变化的观测观测右图中R改变时，u0与ui之间的相位变化。uc与uR两者在相位上相差90°。R实际上并不能到∞，它又有少许电感，因此相位差变化范围始终比0~π略小。实验中，ui正弦信号频率取f=5kHz，取C≈0.01μF，R用电阻箱。先在kΩ量级改变R，定性观测u0与ui之间的相位差φ的变化，然后记录R=0，∞Ω时的φ值及φ=90°时的R值，将测量结果与理论计算值比较。C的实际值标在仪器上。五数据处理(1)波形观

8、测峰峰值Upp(V)周期T(us)频率f(kHz)有效值Ueff(V)正弦波2.72786.01.2720.962三角波4.00784.01.2761.15方波12.0781.01.2806.00尖峰波12.2777.01.287(2)(3)声速测量共振频率：40.390kHz室温：t1=