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實(shí)驗(yàn)超聲波傳播速度的測(cè)量

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實(shí)驗(yàn)超聲波傳播速度的測(cè)量

實(shí)驗(yàn) 超聲波傳播速度的測(cè)量 裝 訂 處  專業(yè) ___________________ 學(xué)號(hào) ___________________ 姓名 ___________________ 一、預(yù)習(xí)要點(diǎn) 1. 聲波的傳播速度應(yīng)如何計(jì)算,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量哪些物理量才能得到聲速值? 2. 測(cè)量每個(gè)物理量需要利用的原理是什么? 3. 聲速的理論值應(yīng)如何計(jì)算? 4. 在課前寫好預(yù)習(xí)報(bào)告,上課時(shí)務(wù)必將預(yù)習(xí)報(bào)告和原始數(shù)據(jù)表格一并帶來(lái),否則扣分 。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 連接聲速測(cè)定儀,信號(hào)源和模擬示波器; 2. 測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率:重復(fù)測(cè)量3 次,填入表 1,計(jì)算其平均值,并利用平均值來(lái)測(cè)量波長(zhǎng); 3. 共振干涉法測(cè)量波長(zhǎng):連續(xù)記錄 8 次,填入表 2; 4. 相位比較法測(cè)量波長(zhǎng):連續(xù)記錄 8 次,填入表 3; 5. 時(shí)差法測(cè)量聲速:連續(xù)記錄6 次,填入表 4,并計(jì)算表格中其余物理量; 6. 記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫 t __________℃,計(jì)算室溫下聲速的理論值。 三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1. 調(diào)節(jié)聲速測(cè)定儀上的手輪時(shí),必須沿著同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),避免產(chǎn)生空程差,并能保證數(shù)據(jù)是連續(xù)的; 2. 在求波長(zhǎng)時(shí)采用的是數(shù)據(jù)之間的差值 (即用 逐差法 計(jì)算波長(zhǎng)),因此表 2、表 3 的起點(diǎn)是任意的; 由于換能器之間距離過(guò)近或過(guò)遠(yuǎn)均會(huì)產(chǎn)生較多干擾,因此建議在 50~200mm 之間完成實(shí)驗(yàn); 3. 測(cè)量讀數(shù)由標(biāo)尺的讀數(shù)與手輪的讀數(shù)共同構(gòu)成,讀數(shù)原理類似于螺旋測(cè)微器,要估讀到最小分度值的下一位。 四、數(shù)據(jù)處理要求 (對(duì)表 1、 2、 3 進(jìn)行以下數(shù)據(jù)處理;表 4 不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理) 1. 求出駐波法與相位法中,超聲波的頻率、波長(zhǎng)以及傳播速度的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式; 2. 求出室溫下聲速的理論值,以及上述兩種方法的相對(duì)誤差。 【參考公式 】 1. 求解頻率標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過(guò)程: n 2 f 1 n fi ; Sf 1 fi f 儀 2 2 f f u f ; u f n 1 n n ; 儀 3 Sf 儀 1 2. 求解波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過(guò)程(需要用到 逐差法 ): 共振干涉法: i 2 Li 4Li ,相位比較法: i 1 Li 4 Li 4 4 之后的計(jì)算步驟與求頻率相同; 3. 求解速度值標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的計(jì)算過(guò)程: 2 2 v f ; uv u f f u v v uv 4. 室溫下的理論值: vt v理 1 0.00367t ,其中 v理 331.2m/s 5. 相對(duì)誤差的計(jì)算; v vt E 100% vt 注意:由于測(cè)量波長(zhǎng)使用兩種方法測(cè)量,因此波長(zhǎng)值、速度值與相對(duì)誤差, 均應(yīng)分別計(jì)算兩次。 五、原始數(shù)據(jù)記錄表格 成績(jī) __________ 教師簽字 _______________組號(hào) ________ 同組人姓名 ____________________ 表 1 測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率 儀 _______________kHz i 1 2 3 平均值 fi / kHz 表 2 共振干涉法測(cè)量波長(zhǎng) 儀 _______________mm i 1 2 3 4 5 6 7 8 Li / mm 表 3 相位比較法測(cè)量波長(zhǎng) 儀 _______________mm i 1 2 3 4 5 6 7 8 Li / mm 表 4 時(shí)差法測(cè)量聲速 i 1 2 3 4 5 6 Li / mm ti / μs 計(jì)算 L4 L1 __________ L5 L2 __________ L6 L3 __________ v / m/s t4 t1 __________ t5 t2 __________ t6 t3 __________ v _____ v1 L4 L1 ______ v2 L5 L2 ______ v3 L6 L3 ______ t 4 t1 t5 t2 t6 t3 六、數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng) 1. 計(jì)算步驟應(yīng)詳細(xì),每一步都要有原始公式,數(shù)據(jù)代入過(guò)程和結(jié)果;計(jì)算過(guò)程中,得出的結(jié)果應(yīng)多取幾位有效數(shù)字,在寫出標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式時(shí),再對(duì)有效數(shù)字按規(guī)則進(jìn)行修約; 2. 計(jì)算結(jié)果應(yīng)包含數(shù)值和單位。 七、思考題  裝 訂 處 1. 實(shí)驗(yàn)中,如果用駐波法測(cè)量,是每隔__________ 個(gè)波長(zhǎng)記一次數(shù),如果用相位法測(cè)量,是每隔 __________ 個(gè)波長(zhǎng)記一次數(shù);若聲波的頻率值為 36.000KHz 時(shí),聲速測(cè)定儀的標(biāo)尺第一次讀數(shù)為 60.650mm ,第二次讀數(shù)為 70.050mm,則此時(shí)采用的是 _______________。 2. 在你的實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算結(jié)果,哪種方法測(cè)得的聲速更接近于理論值?分析實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因。

注意事項(xiàng)

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