声速和空气绝热系数的测定.pptVIP

第1页，共19页，编辑于2022年，星期六 [实验目的] 1 掌握超声声速-绝热系数测定仪的原理和特点； 2 学会用超声声速-绝热系数测定仪测量声速和空气绝热系数. 第2页，共19页，编辑于2022年，星期六 [实验原理] 1.实验仪器及实验原理图 超声声速-绝热系数测定仪 由功率信号发生器,超声声速测定仪 [包括激发换能器(功能:将电信号转变为声波信号和接收换能器(功能:将声波信号转变为电信号）]和示波器组成。 第3页，共19页，编辑于2022年，星期六 [实验原理] 2．声速的测量 用干涉法和相位法求出波长 ，空气温度为t时的声速为。 （2） （1） 其中f为声波的频率.空气温度为t时的声速还可由下式计算 空气中 0℃时声速 为 331m／s. 第4页，共19页，编辑于2022年，星期六 3．空气绝热系数测定： 理想气体中声波的传播可以认为是一绝热过程，其传播速度可表示为 即 （3） 式中R为气体常数，?为分子量，T为气体温度。 为比热容比即绝热系数。由（3）知，对一定温度下的气体，只要测出声速即可求出（绝热系数）?。由经典理论可知，单原子气体?=l.67、双原子气体?=1.40，空气是多种气体混合物，其中 99．9%以上为双原子气体氮和氧、所以?近似等于l.40。 第5页，共19页，编辑于2022年，星期六 4．声波波长的测量方法 声波波长测量方法1:干涉法测量 由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与反射波叠加，它们波动方程分别是： 叠加后合成波为： 第6页，共19页，编辑于2022年，星期六 的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： ( n =0,1,…) (4) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,…) (5) 因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置 即可得波长 。 第7页，共19页，编辑于2022年，星期六 由纵波性质和驻波理论可知，接收面按振动位移来说处于波节时、按声压来说是处于波腹(与振动位移相差 )、接收到的声压相应达到最大值、所接受电信号最强(参看北京大学张为合等编(1985)物理学第一册P408—412;楚泽涵编声波测井P42---55.石油工业出版社,1993)。 图2 声压变化与接收器位置的关系 第8页，共19页，编辑于2022年，星期六 移动接受器时、示波器所显示的信号幅度会由极大逐渐变小、然后再变大、相邻二次达到极大值的距离为?／2. 如何实现波长的测量? 观察示波器波形变化------判断接受器所移过的波长个数;记录接受器移过的距离。 图2 声压变化与接收器位置的关系 第9页，共19页，编辑于2022年，星期六 声波波长测量方法2．相位比较法（李 萨如图形法） 示波器x, y轴输入波的相位差： (6) 因为L改变一个波长时，相位差就改变 。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 第10页，共19页，编辑于2022年，星期六 相位差与李萨如图形的关系:(见图3)： 当移动接收换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大小会随发射——接收的 距离L发生变化，而且椭圆的相位亦发生变化。 图3 相位差图 第11页，共19页，编辑于2022年，星期六 (1)利用图形找出同相（Φ=0）或反相（Φ=?）时椭圆退化为右斜或左斜直线(其优点是判断直线相位差最为清晰和准确)。 (2)调整接收器的位置，注意屏幕上出现的椭圆相位（例如Φ=0或Φ=?）