Question

用驻波法测量声速时,改变 S1 和 S2 之间的距离时,示波器上的波形振幅有时极大有

这是用驻波法测量声速的实验报告讨论。。。另外还有一道：为什么需要在驻波系统共振状态下进行声速的测量。

Answer 1

1．共振干涉法测波长 ⑴ 接线与仪器的初步调节 1）按图6-1接好线路，打开电源开关预热15分钟，仪器自动工作在连续波方式。选择的介质为空气的初始状态。 2）根据测量要求初步调节好示波器（参照示波器的使用调节）。 ⑵ 谐振频率的调节（超声波频率f的确定） 将信号源输出的正弦波信号频率调节到换能器的谐振频率，以使换能器发射出较强的超声波。方法如下： 在两换能器s1和s2的发射面保持平行的前提下，调节s1和s2相距为1～2cm左右。调节声速测试仪信号源板面上“发射强度”旋钮，使信号源输出电压在10～15V之间。调节“信号频率”旋钮，使信号频率在25～45kHz之间。然后细调信号频率，同时观测示波器上显示的接收波的电压幅度变化。在信号源频率接近实验室提供的换能器谐振频率处（34.5～37.5kHz之间），电压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮，此时频率即为与压电换能器s1、s2相匹配的谐振频率，记录该频率FN（超声波频率），转动摇手鼓轮，改变s1和s2间的距离，适当选择位置，重新用上述方法调整频率，再次测定谐振频率FN，测量5次，取其平均值f为超声波的频率。 ⑶ 波长λ的测量 转动摇手鼓轮，由近及远地改变换能器s1到s2的间距，同时监测示波器的接收信号，记下第1，2，3，…，20个出现正弦波电压幅度最大的特定位置l1，l2，l3，…，l20。注意利用游标尺的刻度准确地确定这些l值。转动摇手鼓轮时注意连续向一个方向转动（为什么？）。注意测试过程中保持换能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法计算出λ值。数据记录与计算用列表法进行。以下表格供参考。i li（cm） i+10 li+10（cm） （cm） 1 11 2 12 ┆ ┆ 10 20 2．相位比较法测波长（利用李萨如图形找出同相点求波长） ⑴ 在“共振干涉法测波长”中测定换能器谐振频率f的基础之上，将示波器的扫描时间开关（TIME/DIV）置于“x - y”位置。 ⑵ 转动距离调节鼓轮，观测示波器上显示的李萨如图形为一特定角度的斜线（某一特定相位点）时，记录下此时s2的距离l1（l1值仍由游标尺的刻度读出）。向同一方向移动换能器s2接收面，使示波器上观察的波形又回到前述的特定角度斜线位置（同相点），记录下此时s2接收面的距离l2。依上方法，连续向同一方向转动距离调节手轮，对出现的每一同相点，分别记录下相应的位置l3，l4，…，l20，即20个同相点的位置。 用逐差法求出波长的平均值 （ cm）。 3．根据测定的超声波频率 和用上二种方法测定的波长 ，分别计算两种方法测定的在该室温下超声波在空气中的传播速度 （m/s）。 4．时差法测量声速 将测试方法设置到脉冲方式。将s1和s2之间的距离调到一定距离（≥50mm）。再调节接收增益，使显示的时间差值读数稳定，此时仪器内置的定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值和显示的时间值li-1、ti-1（时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出）。移动s2，同时调节接收增益使接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值和显示的时间值li、ti。则声速vi=（li-li-1）/（ti-ti-1）。测量5次计算出vi值，取其平均值为测量结果。 *5．测量液体介质中的声速 当使用液体为介质测试声速时，先在测试槽中注入液体，直至把换能器完全浸没，但不能超过液面线。然后将信号源面板上的介质选择键切换至“液体”，采用前述方法，即可进行测试，步骤相同。 但是，由于声波在液体中衰减较小，发射出的声波在很多因素的影响下产生多次反射叠加，在接收换能器表面已经是多个回波的叠加（混响），叠加后波形的驻波特征较为复杂，并不是可根据单纯两列波叠加来观察它的幅度变化，来求出波长。因此用通常的两束波的叠加的公式求波速，其精度已大为下降，会导致测量结果不确定性的增大。