基础物理实验研究性报告

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1、.基础物理实验研究性报告Author作者姓名王世豪WangShihaoSchoolnumber作者学号10071108Institute所在院系机械工程及自动化学院SMEAMajor攻读专业机械制造及自动化mechanicalengineering完成时间：2011年11月25日数字示波器测量声速Digitaloscilloscopemeasurementofsoundvelocity..目录摘要4Abstract4一．实验原理5二．实验仪器7三．实验的主要步骤83.1．调整声速测量系统83.1.1调节仪器之间的共振83.

2、1.2空气柱形成波的共振93.2测量数据9四、实验数据处理104.1原始数据的处理及处理104.2不确定度的计算114.3测量结果12五、误差来源分析12六、实验的经验与技巧146.1超声换能器的谐振频率的调节146.11根据发射换能器的谐振指示灯进行调节146.1.2根据接收换能器的输出信号调节146.2最大振幅时刻位置的记录15七、实验仪器的改进16八、实验感想17参考文献18..摘要本文以“数字示波器测量声速”为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行数据处理和不确定度的计算，对试验中产生的误差进行了定量的分

3、析计算，并且总结了调节示波器的方法，提出改进方案，对仪器方面也提出了自己的意见。关键词：数字示波器；测量声速；误差；调节方法；AbstractInthispaper,the"digitaloscilloscopemeasurementofspeedofsound",asthemaincontent,firstintroducedthebasicprincipleandtheprocessofexperiment,andthenthedataprocessingandcalculationoftheuncertaintyof

4、thetest.Theerrorproducedinthequantitativeanalysisanditalsosummarizestheregulationofoscilloscopemethod,whiletheapparatusisalsoputforwardmyownopinions，inmyway.Keywords:digitaloscilloscope;measurementofthespeedofsound;error;theregulationofoscilloscopemethod;一．实验原理..声

5、速是指声波在媒质中的传播速度。声波能够在除真空以外的所有物质中传播，其传播的速度由相应媒质的材料特性特别是力学参数所决定，也与传播模式有关。由于声速的传播模式会受边界的影响，因此通常给的的声速都是在无限大媒质中传播的声速。本实验的主要内容是利用连续波方法来测定空气中的声速。在波动过程中，波的传播速度v、频率f、波长λ之间存在关系：v=fλ（1）因此只要测出声波的频率和波长就可以算出声速。频率计图1声速测量仪简化图如下：实验装置如图1所示。其中的频率计也应当接入电路，S1和S2分别用来发送和接收声波。它们是以压电陶瓷为敏感元

6、件做成的电声换能器。当把电信号加在S1..的电端时，换能器端面产生机械振动并在空气中激发出声波。当声波传递到S2表面时，激发S2端面的振动，又会在其电端产生相应的电信号输出。本实验采用的是“振幅法”进行实验。S1发出的声波传播到接收器后，在激发起S2振动的同时又被S2的端面所反射。保持接收器端面和发送器端面相互平行，声波将在两平行平面之间往返反射。因为声波在换能器中的传播速度和换能器的密度都比空气要大得多，可以认为这是一个以两端刚性平面为节的空气柱的振动问题。当发送换能器所激发的强迫振动满足空气柱的共振条件：即为：l0=n

7、λ/2(2)时，接收换能器在一系列特定的位置上将有最大的电压输出。式中L0是空气柱的有效长度，λ是空气中的声波长，n取正整数。考虑到激励源的末端效应，式（2）还应当附加一个校正因子Δ:即为：l0=nλ/2+Δ(3)式子中，l是空气柱的实际长度，即发送换能器端面到接收换能器端面之间的距离。在S0处于不同的共振位置时，因Δ是常数，所以各电信号极大值之间的距离均为λ/2。由于波阵面的发散及其他损耗，故随着距离的增大，各极大值的振幅逐渐减少。当随着距离的增大，各极大值的振幅逐渐减少。当接收器沿声波传播方向由近而远移动时，接收器输出

8、电信号的变化。按照其振幅的变化可以做出“振幅-距离”的变化图，从图中的变化情况可以直观的把握要测量的距离。..如图2所示表示的是实验之中振幅随距离的变化情况。可知振幅两个极点之间的距离为半个波长，则可以通过测量这个距离来测量波长λ。l子中zi()alysis,t,