实验报告
实验题目: 声速的测量
实验目的:了解超声波的产生,发射和接收的方法,用干涉法和相位法测声速.
实验内容
1 测量实验开始时室温.
2 驻波法
(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.
(2)将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器接接收端.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.
(3)通过示波器观察讯号幅度,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使讯号极大的位置,在极大值附近应该使用微调,即固定移动尺螺丝,使用微调螺母调整.
(4)从该极大位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次讯号幅度极大(波腹)时游标的读数,共12个值.
3 相位法
(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.
(2) 将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器的CH1接在接收端,CH2接在发射端.选择CH1,CH2的X-Y叠加.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.
(3) 通过示波器观察李萨如图形,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使图形为一条斜率为正的直线的位置.
(4)从该位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次图形是斜率为正的直线时游标的读数,共10个值.
4 测量实验结束时室温,与开始时室温取平均值作为温度t.收拾仪器,整理实验台.
5 对上面两组数据,分别用逐差计算出l,然后算出声速v,并计算不确定度.与通过t计算出的理论值计算相对误差.
数据处理
1 理论计算
实验开始时温度23.0℃,实验结束时温度21.8℃,所以认为实验时温度t=22.4℃.
根据理论值计算
2 驻波法
游标读数
(mm)
95.42
100.50
105.70
110.66
115.88
120.90
126.16
131.34
136.20
141.44
146.52
151.60
逐差=3(mm)
30.74
30.84
30.50
30.78
30.64
30.70
相邻游标相减的2倍=i(mm)
10.16
10.40
9.88
10.44
10.04
10.52
10.36
9.72
10.48
10.16
10.16
标准差
的A类不确定度
查表得:当n=11,P=0.95时,=2.26.
因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定
查表得,当P=0.95时,=1.96.
所以的不确定度
选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度.
声速
对,有不确定度传递公式:
空气中的声速v=(350.99±1.20)m/s (P=0.95)
相对误差=
3 相位法
游标读数
(mm)
110.80
121.04
131.14
141.36
151.58
161.72
171.88
182.02
192.10
202.26
逐差=5(mm)
50.92
50.84
50.88
50.74
50.68
相邻游标相减=i(mm)
10.24
10.10
10.22
10.22
10.14
10.16
10.14
10.08
10.16
标准差
的A类不确定度
查表得:当n=9,P=0.95时,=2.26.
因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定度
查表得,当P=0.95时,=1.96.
所以的不确定度
选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度
声速
对,有不确定度传递公式:
空气中的声速v=(348.57±1.09)m/s (P=0.95)
相对误差=
误差分析:
1 仪器本身的系统误差和由于老化引起的误差.
2 室温在实验过程中是不断变化的.
3 无论是驻波法中在示波器上找极大值,还是相位法在示波器上找斜率为正的直线,都是测量者主观的感觉,没有精确测量.
思考题
1 固定两换能器的距离改变频率,以求声速,是否可行
答:不可行.因为在声速一定时,频率改变了,波长也会随之改变.所以无法同时测量出频率和波长,也就无法求出声速.
不对
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