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南昌大学物理实验报告

课程名称：大学物理实验

实验名称：声波衰减系数的测量

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

声波衰减系数的测定

一、实验目的

1、测出声波在空气中声强衰减系数

二、实验仪器

声速测定仪、数字示波器、函数信号发生器、信号连接线

三、实验原理

1、声强与声压的关系：

声波在介质中传播时，由于声束扩散、散射和吸收等原因而产生

衰减。测量声波在材料中传播时的衰减是了解材料性质的有效手段之

一。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发

生变化。在声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而

比无声时的压强低，某一瞬间介质中的压强相对于无声时的压强的改

变量称为声压，记为p，单位是Pa。声功率是指声源在单位时间内辐

射的总声能量，常用W表示，单位为W、声功率是表示声源特性的

一个物理量，声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，

引起的噪声越响，声强是指在声场中垂直于声波传播方向上，单位时

间内通过单位面积的声能，常以I表示，单位为W/m2。

目前，在声学测量中，声强和声功率通常不易直接测量，往往要

根据测出的声压通过换算来求得，故常用声压来衡量声音的强弱。在

自由声场中，声波传播方向上某点声强I与声压p、媒介特性阻抗Z

存在如下关系：

另外，声波在媒介中传播时，声强和声压幅都将衰减，声强衰减

如下式所示：

式中表示入射初始声强，为深入介质d距离处的声强，为衰减系数。

2、声压与电压的关系（超声换能器）：

超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。压电陶瓷片使用多晶体结

构的压电材料（如钛酸钡），在一定的温度下经过极化处理制成的，

它具有压电效应。再简单情况下，压电材料收到与极化方向一直的应

力F时，在极化方向上产生一定的电场强度E，它们之间有一简单的

线性关系E=gF。反之。当压电材料的极化方向加上电场E时，材料的

伸缩形变S与电场E也呈线性关系S=kE，比例系数g、k称为电压常

量，它与材料性质有关。

由于E和F、S和E之间呈简单的线性关系，因此，能将正弦交

流信号变成压电材料纵向长度的伸缩，使用压电陶瓷成为声波的波

源。反过来，也可以使用使声压变化转换为电压的变化，即用压电陶

瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超声波频率

比较单纯，方向性强，基本上是一个平波，这对提高测量的精密度是

有利的。而且声压与电压的关系：

3、衰减系数的测定：

由声强与声压的关系：

在声波传播时，声强衰减如下式所示：

声压与电压的关系：

得：

两边取对数：

式中为衰减系数，可看出电压对数的两倍与衰减系数成线性关

系。若测得n组电压数值，如上处理。（1）式求得斜率即求得衰减系

数。

四、实验内容及步骤

1、调节信号源，示波器至波形稳定，呈最佳状态

信号源频率处于换能器共振频率附近，示波器显示波形大小合

适，位置适中。

2、将接受换能器从相距发射器30mm左右开始往后移动，连续捕

捉极大电压峰值，并记下各相应的峰峰电压和接受换能器的位置。

五、数据记录及处理

实际调得信号源频率为36.73KHz，40组峰值距离与峰值电压如下表

所示：

2LnUd—峰值距离（mm）散点图：

由上图可看出2LnUd—峰值距离（mm）基本呈线性关系，并且通过

EXCEL可直接得出拟合值α=-0.0183

六、实验结果分析

1、根据实验做出的散点图，发现在中后段的图像拟合效果最好，因

此发现在实验时起始位置不能太靠前，此次拟合R平方=0.9335近似

等于说明拟合较为成功。

2、在测量过程时，可能出现随着距离的增大，电