声速测量 实验报告 1.docxVIP

声速测量 实验报告一、实验目的学习超声波产生和接收的原理；学习用不同的方式测量声波在空气中的传播速度；分析比较三种测量方式的优劣；用反射法测量挡板的距离并做误差分析。二、实验原理及实验步骤见预习报告三、数据记录与处理1空气湿度：45%（此为相对湿度） 室温：19下面计算理想声速：声速计算公式为：m/s（1.1）其中，为室温，=273.15K，为蒸汽分压强，为大气压强。查表得到19下的饱和水蒸气压=2.1978KPa, 则由相对湿度计算公式：RH=（1.2）可得.代入（1）式可得343.32m/s.仪器最好频率（本征频率）：40KHz.注：.此处的查阅讲义得知是：蒸汽的分压强，并没有说是不是饱和蒸汽压，故计算中觉得应该考虑相对湿度的影响，将其作为该湿度下的蒸汽分压强处理。不过计算结果与代成饱和蒸汽压差异不大。22.1共振干涉法数据记录距离d/mm38.8243.3747.8551.9356.3160.0165.2669.6973.9478.14振幅 A/v1.881.841.681.681.561.361.641.601.561.24表1.共振干涉法 数据记录环差法处理数据;由实验原理可知，，且相邻两次接收信号到达极大值时接受面之间的距离为，取环差间隔为5，则这两个极大值对应个声波波长，传播时间间隔为,序号/mm 序号/mm平均差值1: 38.3260.0121.192: 43.3765.2621.893: 47.8569.6921.84 21.7524: 51.9373.9422.015: 56.3178.1421.83平均波长：表2.共振干涉法 环差法处理数据则平均声速计算公式为： (1.3)代入数据得：348.032m/s.相对误差:2.2相位比较法利用李萨如图形记录发射声波与接受声波之间的相位差，当二者为时，李萨如图形退化为倾角不同的两条直线。如图所示：图3.接受信号和发射信号相位差+时的李萨如图形数据记录及环差法处理数据距离d/mm37.9341.9046.3850.8155.2059.4863.6668.0172.3176.55表2.相位法数据记录序号/mm 序号/mm平均差值1: 37.9359.4821.552: 41.9063.6621.763: 46.3868.0121.63 21.5584: 51.8172.3121.505: 55.2076.5521.35平均波长：表4.环差法处理数据则平均声速计算公式为：代入数据得：344.928m/s.相对误差:比起共振干涉法来说，相位比较法具有更高的精确度，原因在于共振干涉法时，是通过人来辨别曲线峰值是否达到最大，而这个没有通过判断李萨如图形是否为一条直线来得精确，并且从实验中发现，曲线即使固定好距离，曲线峰值也是出于不断波动之中，对于人的判断干扰较大，相反，李萨如图形则比较稳定。3时差法数据记录距离d/mm40.3843.8550.5558.7366.3873.8481.9886.9195.50103.7主机显示时间252257277307331353362372405428示波器时间读数253264280304336352368375510430表.5时差法数据记录 数据处理A.利用最小二乘法，利用显示屏直接显示的实验数据点进行拟合，拟合图像如下：图.4利用最小二乘法进行数据拟合图5：软件运算得到的相关参数截图由此可得声速值为：相对误差：附：相关系数计算公式：B.利用示波器读取时间间隔。示波器的时间间隔读法如下:图.6接受波形图操作示波器，先固定准线至发射器发射声波的位置1，此即为时间零点，再挪动准线至接收器接收到声波的位置2，此时示波器会自动显示1~2间的时间间隔。距离d/mm40.3843.8550.5558.7366.3873.8481.9886.9195.50103.7主机显示时间252257277307331353362372405428示波器时间读数253264280304336355368375510430表6.时间间隔数据记录从数据记录表中发现，示波器读取的时间间隔比显示屏直接显示的要快1~6.关于波包成因分析，见思考题。4超声波测距数据记录实际距离/mm153．68140.92128.77109．8687.8868.35距离1441271139572509.6813.9215.7714.8615.8818.35表7.超声波测距数据记录发现随着实际距离的增大，测量距离与实际距离的差减小，即测量越准确。随着距离增大，得到的接收信号与发射信号的时间间隔相较于脉冲信号的周期来说长得多，因此得到的时间的相对误差会比较小。5.课后题（1.）压电陶瓷工作原理压电陶瓷利用的原理是;在机械应力作用下，内部正负电荷中心产生相对位移，从而发生极化