(1)加深對(duì)駐波及振動(dòng)合成等理論知識(shí)的理解，

(2)掌握用駐波法、相位法測(cè)定超聲波在媒介中的傳播速度，

(3)了解壓電換能器的工作原理，進(jìn)一步熟悉示波器的使用方法提高運(yùn)用示波器觀測(cè)物理參數(shù)的綜合運(yùn)用能力。

二 實(shí)驗(yàn)儀器：

雙蹤示波器一臺(tái)，信號(hào)發(fā)生器一臺(tái),測(cè)試儀一臺(tái)，同軸電纜若干。

三 實(shí)驗(yàn)原理

聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的縱波。對(duì)超聲波(頻率超過(guò)2×10Hz的聲波)傳播速度的測(cè)量在國(guó)防工業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科學(xué)與醫(yī)療衛(wèi)生各領(lǐng)域都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)驗(yàn)室常用駐波法和相位法進(jìn)行測(cè)量。

(一)駐波法測(cè)量聲速基本原理

如圖所示為兩列同頻率、同振幅、振動(dòng)方向平行且相向傳波的機(jī)械波在媒介中形成的駐波波形，其波腹間距與波節(jié)間距均為半個(gè)波長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)波腹(節(jié))間距X的測(cè)量便可實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)λ的間接測(cè)量，結(jié)合對(duì)駐波諧振頻率f的測(cè)量便可間接求算聲波的傳播速度v。

v = λ × f λ=2X v = 2X × f

原理圖示1(駐波法原理圖) (二)相位法測(cè)量聲速基本原理

(1) 簡(jiǎn)諧振動(dòng)正交合成的基本原理，

(2) 利用李薩如圖形的相位差特點(diǎn)間接測(cè)量聲速的基本原理。

四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

 (一)駐波法測(cè)聲速

實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)圖示1(駐波法)

(1) 了解測(cè)試儀的基本結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)兩個(gè)換能器的間距5cm左右。 (2) 初始化示波器面板獲得掃描線(xiàn)。

(3) 按圖示1正確連線(xiàn)，將示波器的.掃描靈敏度與通道1垂直靈敏度旋鈕分別調(diào)至適當(dāng)檔位，緩慢順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪至駐波波腹位置(示波器顯示波形幅值最大)。

(4) 依次調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率粗、細(xì)調(diào)旋鈕，同時(shí)觀察示波器顯示波形幅值變化情況，幅值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為諧振頻率f，將f數(shù)值記錄于(表一)。

(5) 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪至兩換能器端面距離約5厘米左右，確定所選第一個(gè)波腹的位置并初始化數(shù)顯讀數(shù)標(biāo)尺。

(6) 緩慢順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪至駐波波腹(節(jié))位置(示波器顯示波形幅值最大)并記錄相應(yīng)的數(shù)顯標(biāo)尺讀數(shù)于(表一)。

(7) 重復(fù)步驟7連續(xù)記錄14個(gè)波腹(節(jié))的位置讀數(shù)并記錄于(表一)。

(8) 實(shí)時(shí)記錄環(huán)境溫度與SV8輸出電壓幅值V。 (二)相位法測(cè)聲速

(1) 保持駐波法連線(xiàn)不變，另用一根電纜線(xiàn)連接信號(hào)源的發(fā)射波形接口與示波器通道2輸入端口。

(2) 調(diào)節(jié)示波器掃描旋鈕至正交檔，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪觀察不同相位差時(shí)的李薩如圖形(斜線(xiàn)、橢圓、圓)。當(dāng)兩換能器端面距離約5厘米時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3) 緩慢順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪，當(dāng)示波器顯示一正(反)斜線(xiàn)時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪并初始化數(shù)顯讀數(shù)標(biāo)尺。

(4) 緩慢順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪，當(dāng)示波器顯示一反(正)斜線(xiàn)時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)換能器平移鼓輪并將此時(shí)的數(shù)顯標(biāo)尺讀數(shù)記錄于(表二)。

(5) 重復(fù)步驟4記錄14個(gè)反(正)斜線(xiàn)波形的位置讀數(shù)并記錄于(表二)。

(6) 實(shí)時(shí)記錄環(huán)境溫度與SV8輸出電壓幅值V。

(7) 結(jié)束實(shí)驗(yàn)歸整儀器。

五 原始數(shù)據(jù)記錄表(此表要求學(xué)生課前完成并繪于預(yù)習(xí)報(bào)告中)

表一 駐波法測(cè)量聲波傳播速度記錄表

表二 相位法測(cè)量聲波傳播速度記錄表(正反斜線(xiàn)法)

七 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1 原始數(shù)據(jù)見(jiàn)原始數(shù)據(jù)記錄紙，

2 數(shù)據(jù)處理采用的具體方法：列表法與逐差法

3 數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

輸入頻率：f _36761Hz， f0.3Hz ,環(huán)境溫度：t30.0°C，電壓15伏)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

V實(shí)V

ms1

實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值之間的百分誤差：

EV

實(shí)V理

V100%

理