大学物理实验声速的测量

大学物理实验声速的测量 第五章 大学物理拓展实验 实验一 声速的测量 【目的与任务】 1、继续学会双踪示波器的调试和使用，观察正弦波、三角波、方波和利萨如图形; 2、学习用相位比较法测声速:?用波形比较法测声速;?用利萨如图形法测声速; 3、用空气中的声速求空气的比热容比γ。 【仪器与设备】 双踪示波器，函数信号发生器，声速测量仪。 【原理与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 】 1、观察利萨如图形 如果在示波器X、Y通道均加上正弦信号见图1，当两个信号相互间的频率成整数倍而相位差不同时，会在示波器荧光屏上显示出一系列不同的利萨如图形，如图2:(1) ; (2) f,fxy ;(3)。若将该图旋转90?，则变为:(1);(2);(3)f,2ff,3ff,ff,2fxyxyyxyx 。 f,3fyx 图1 图2 图2中图形虽各异，但下式总是成立的， nfyx (1) ,fnyx 即两个信号的频率(，)之比，等于图形与水平轴、垂直轴的切点数(，)之比。切点ffnnyyxx 1 数的读法参阅图3。由此，若已知其中一个信号的频率，就可推算出另一个信号的频率。 利用利萨如图形测频率时，要尽量使图形稳定。这是因为两种信号的频率不会非常稳定和严格相等，所以得到的利萨如图形也不很稳定，一般会上下左右来回地地滚动。而且，图形翻转越快，误差越大。测量时可按下述方法进行调节:调节频率微调，使图形翻转的速率逐渐变慢，直到翻转的方向刚好改变时，对应的频率就是准确值。 图3 2、测量两个正弦信号的相位差 频率相同的两个正弦信号的固定相位差可用如下两种方法测得。 (1) 双踪示波法。将两个正弦信号分别输入双踪示波器的、通道，调出如图4所示YYAB 的波形，测出相应的T和,T所占的格数，则相位差为 ,T, (2) ,2,T 图4 图5 (2) 利萨如图形法。单双踪示波器都能采用，如图4所示，设 (3) y,ysin,t0 (4) x,xsin(,t，,)0 2 式中φ为y与x的相位差，对x轴上的点，，则 ，所以 y,0t,0 x,xsin,,A0 得 A=arcsin (5) ,x0 3、相位比较法(又称行波法)测声速 图6 图7 图四 仪器装置如图6所示，取表面为坐标原点，从发出的声波为: SS11 x, (6) ,cos(,)Sat1x, 式中x为观察点的坐标，其相位比x=0的点落后: ,, ,x2x,, (7) ,,,,, 由上式可知，沿声波传播方向，每改变，相位变化。 x,2, 为了测量，把信号源(接)及上的信号分别输入示波器上的Y、X轴。移动，SSS,221 可看到示波器上的二列正弦波及其对应的利萨如图形的变化是周期性的。在波节附近时，它S2们的相位从同相位变到反相位，又变到同相位……;从正斜率直线(,)波峰在同一竖直线上(图7(1))变到负斜率直线(,)波峰与波谷在同一竖直线上(图7(2))，又变到正斜率直线(,)波峰在同一竖直线上(图7(3))……。测出相继出现的同相位、反相位，或正负直线对应的的位置，求出，则可求出声速。 Sx,2i 4、用空气中的声速求空气的比热容比 , (1)声波在理想气体中的传播速度。声波在理想气体中的传播过程，可认为是绝热过程，因此其声速可表示为: ,RT (8) v,, 3 式中R为摩尔气体常数(R,8.31 J,mol?K)，是气体的比热容比，为气体的摩尔质量。,, 由上式可得出 2v, (9) ,,RT 只要测出温度为T时的声速，即可求出值。 , (2)声波在空气中的传播速度。若将空气近似当作理想气体，则由式(8)可得某一温度时空气中声速的理论值(或 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值)，将,273.15 + t 代入(8)式，有 T t1 (10) v,v,v，0理标273.15 o是0C时空气中的声速，大小为331.45m,s 。 v0 (3)用空气中的声速求空气的比热容比。由式(9)，有 , 2,,测,, (11) RT —2 空气的摩尔质量,2.89×10Kg,mol?K，R,8.31 J,mol?K。因此，只要测出此时空气, 的温度t(,273.15 + t)，就可求出空气的比热容比。 T 【指导与 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 】 一、实验步骤指导 1、调节各仪器至工作正常 (1)旋转微调手轮，使、几乎重合，记下的坐标，再旋转手轮使、相距4mm。 SSXSS22101 (2)把中间分开的电缆连接S和信号源。注意用手拿住插头的金属端，轻轻试探插入插座1 后，再顺时针旋转90度卡住后松手。另一根电缆连接S与示波器的X轴(CH通道)连接。把21带有铜夹的电缆，一端插入Y轴插座(CH通道)，与外层铜网相连的铜夹夹在电缆的铜网上，2 另一个夹在电缆的铜芯上。信号源通电后，选定正弦波，使输出频率大致等于固有频率，二者相差应在200Hz以内，电源输出电压选为10伏。 (3)将双踪示波器的推键23 置于 CH，推键14置于DUAL， 推键10、18置于AC后通电。 调整旋钮1 7及 28、、22、29、11、32 等，使屏上显示的两列正弦波稳定，有2,3个完整的波形，波幅约占全屏一半。双踪示波器的调整和使用方法，详见实验七示波器的使用。 2、相位比较法测 , (1)微调手轮，使两列波为同相位，调节旋扭7和22使两列波大小接近。波形约占5,6格，记下的坐标，再把旋钮29转到X—Y挡上，观察利萨如图形，若为椭圆，则再微调手轮，x1 使它们形成一条斜线(,)，若图形太小，则需同时调节旋扭7和22使图形增大，斜率接近45 ''度(以下同)，记下此时的、。 xf11 (2)反旋手轮，使S远离S 4mm后，微调手轮，观察图形从(,)变到(,)，记录此时21 ///的的、。再把旋钮29转到S挡上，两列波的相位会完全相反，故。 f,xx,x2222 (3)按(2)依次使S再远离S，还测2点。 21 4 (4)把信号源调到三角波和方波上，按上述方法观察两列波和其利萨如图形在0,内的,变化特点。并在实验报告上画出图形。 (5)使信号源的正弦波频率降低，在第一个同相位点上，使它的二倍频及三倍频与换能器发生谐振，观察两列波的波形和利萨如图形的变化。并与图2进行比较。 3、测定室温t。 4、设计:用信号源测定发声集成块的发声的频率范围。 二、注意事项 (1)取下电缆时，同样要拿住金属端逆时针旋转90度后方可拔出，切不可拿住胶线乱拔! (2)聚焦点的亮度太强会烧毁荧光屏，因此实验时尽可能降低亮度，减少光点停留时间 三、数据记录与处理 1、列表记录数据 单位:mm、Hz、v 方法 观察 相位比较法 //// x x项目 x xx,xx,x 31314422 图形 xi -- -- -- -- fi o参量 χ, ;, ;t, C; , ,,012 2、计算结果及误差 用逐差法计算驻波法、波形比较法和利萨如图形法所测得的、，按,求声速 ,,f,,12 ,,E,E,,、。计算、 、。 211标2 ,,,,,()测标,,,,v,,,,E*, (=1.40) 测测,测标,,标 *要求 。 E,2% 【思考与讨论】 1、若只有单踪示波器，应怎样测声速,若双踪示波器无X—Y挡，如何用相位比较法测声速, ,2、当相位差为0、、时，观察两列波的波形及对应的利萨如图形，并测量此时两列,2 波各自的电压, 5