1、忻州師范學(xué)院物理系綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)論文（設(shè)計(jì)） 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)聲速的測(cè)量研究聲速的測(cè)量研究摘要:本文研究了聲速測(cè)量的不同方法，包括：共振干涉法、相位比較法和時(shí)差法。文章首先對(duì)固體、液體和氣體中聲速測(cè)量做了大量實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格處理和誤差分析，最后比較了各種方法的精確度，找出了他們定的優(yōu)缺點(diǎn)， 得出了各種介質(zhì)中最合適的聲速測(cè)量方法，并且測(cè)出了空氣、純凈水和樹脂棒中的聲速。 關(guān)鍵詞: 聲速測(cè)量 共振干涉法 相位比較法 時(shí)差法 引言隨著聲速的迅速發(fā)展,檢測(cè)聲學(xué)的實(shí)際應(yīng)用中也越來(lái)越廣泛,在無(wú)損檢測(cè),探傷,流體測(cè)速,定位,測(cè)距等聲學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域中聲速的測(cè)量尤為重要.因此聲速測(cè)量在物理實(shí)驗(yàn)中有著重要的地

2、位,也有著廣泛的應(yīng)用.而空氣中聲速的測(cè)量作為經(jīng)典的近代物理實(shí)驗(yàn)以其實(shí)際應(yīng)用性和易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),被許多高校作為基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中一般利用壓電陶瓷超聲換能器組,示波器,低頻信號(hào)發(fā)生器等,采用共振干涉法和相位比較法.但是在很多艦船上是用聲納來(lái)測(cè)量距離和方位,很多江湖水位自動(dòng)記錄儀也是用超聲波來(lái)測(cè)量水位的變化,即利用測(cè)量脈沖發(fā)出和回波的時(shí)間差推算距離,測(cè)量原理兩者相差較大,因此,在原來(lái)教學(xué)儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改正,增加了時(shí)差法測(cè)量聲速,完善了教學(xué)與實(shí)際之間的銜接.本實(shí)驗(yàn)用多種方法進(jìn)行聲速的測(cè)定,并對(duì)這些方法,結(jié)果進(jìn)行比較.總結(jié)了它們的優(yōu)缺點(diǎn),便于根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行此類實(shí)驗(yàn)的選擇,可為聲速測(cè)量提供有益的借

3、鑒.一 實(shí)驗(yàn)儀器說(shuō)明: (1) ZKY-SS型聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀 圖1超聲聲速測(cè)定裝置由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，數(shù)顯標(biāo)尺等組成。如圖3.3所示，S1為發(fā)射換能器，S2為接收換能器，S1和S2之間為游標(biāo)尺，游標(biāo)尺上有數(shù)顯位移傳感器，X為接收換能器的位移。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖 (2) 雙蹤示波器（YB4320B） 圖2二 實(shí)驗(yàn)原理:聲速的測(cè)量方法可以分為兩類：第一類方法是直接根據(jù)關(guān)系式v=s/t，測(cè)出傳播距離s和所需時(shí)間t后即可算出聲速，稱為“時(shí)差法”，這是工程應(yīng)用中常見(jiàn)的方法。第二類方法是利用波長(zhǎng)頻率關(guān)系式,測(cè)v=f，量出頻率f和波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算出聲速，測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)又可用“共振干涉法”或“相位比較法”,本實(shí)驗(yàn)用三種方法測(cè)量氣體和

4、液體中的聲速。（1）超聲聲速測(cè)定裝置該裝置由換能器和游標(biāo)卡尺及支架構(gòu)成。換能器由壓電陶瓷片和輕、重兩種金屬組成，壓電陶瓷片是由具有多晶結(jié)構(gòu)的壓電材料做成的，在一定的溫度下經(jīng)極化處理后，它具有壓電效應(yīng)。在簡(jiǎn)單情況下，壓電材料受到與極化方向一致的應(yīng)力時(shí)再極化方向上產(chǎn)生一定的電場(chǎng)強(qiáng)度，它們之間有線型關(guān)系；反之，當(dāng)極化方向一致的外加電壓加在壓電材料上時(shí)，材料的伸縮形變與電壓也存在著線型關(guān)系，這樣我們就可以將正弦交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成壓電材料縱向長(zhǎng)度的伸縮，成為聲波的波源，同樣也可以將聲壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，用?lái)接收聲信號(hào)。在壓電陶瓷片的前后兩端膠粘兩塊金屬，組成夾心型板子。頭部用輕金屬做成喇叭形，尾部用重

5、金屬做成錐形或柱形，中部為壓電陶瓷圓環(huán)，緊固螺釘穿過(guò)環(huán)中心。這種結(jié)構(gòu)增大了輻射面積，增強(qiáng)了振子與介質(zhì)的耦合作用，由于振子是以縱向長(zhǎng)度的伸縮直接影響前部輕金屬做同樣的縱向長(zhǎng)度伸縮（對(duì)尾部重金屬作用?。?，這樣所發(fā)射的波方向性強(qiáng)，平面性好。換能器有一諧振頻率f0，當(dāng)外加聲波信號(hào)的頻率等于次頻率時(shí)，陶瓷片將發(fā)生機(jī)械諧振，得到最強(qiáng)的電壓信號(hào)，此時(shí)換能器具有最高的靈敏度；反過(guò)來(lái)，當(dāng)輸入的電壓使換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振時(shí)，作為波源將具有最強(qiáng)的發(fā)射功率。（2）共振干涉法測(cè)聲速 圖4.1換能器到達(dá)接收器的聲波，一部分被接收并在接收器電極上有電壓輸出，一部分被向發(fā)射器方向反射。由聲波傳播理論可知，當(dāng)兩只換能器A、B平面

6、端面間有聲波傳播而此換能器平面端間的距離又恰好等于其聲波的二分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)（L=n/2），兩平面端面間將形成聲波駐波，在聲波駐波中，波腹處聲壓最大，波節(jié)處聲壓最小。接收換能器B的反射界面處為波節(jié)，聲壓最小。所以可從接收換能器B端面聲壓的變化，亦即是B端輸出電壓的變化來(lái)判斷聲波駐波是否形成以及產(chǎn)生駐波的波腹和波節(jié)。拉動(dòng)游標(biāo)卡尺C，改變兩只換能器端面間的距離，同時(shí)用儀器檢測(cè)B的輸出電壓幅度變化。記錄下相鄰兩次出現(xiàn)最大電壓數(shù)值時(shí)游標(biāo)卡尺的讀書。兩讀數(shù)之差的絕對(duì)值應(yīng)等于其聲波波長(zhǎng)的二分之一。已知聲波頻率并測(cè)出波長(zhǎng)，即可計(jì)算聲速。實(shí)際測(cè)量中為了提高測(cè)量精度，可連續(xù)多次測(cè)量并用逐差法處理數(shù)據(jù)。圖4.

7、2聲壓隨波長(zhǎng)的變化（3）相位比較法測(cè)聲速當(dāng)發(fā)生器與接收器之間距離為L(zhǎng)時(shí)，在發(fā)射器驅(qū)動(dòng)正線信號(hào)與接收器接收到的正弦信號(hào)之間將有相位差。若將發(fā)射器驅(qū)動(dòng)正弦信號(hào)與接收器接收到的正弦信號(hào)為別接到示波器的X及Y輸入端，則相互垂直的同頻率正弦波干涉，其合成軌跡為李薩如圖形，如下圖所示。圖4.3李薩如圖形與相位差當(dāng)接收器和發(fā)射器的距離變化等于一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，則發(fā)射與接收信號(hào)之間的相位差也正好變化一個(gè)周期，相同的圖像就會(huì)出現(xiàn)，反之，當(dāng)準(zhǔn)確觀測(cè)相位差變化一個(gè)周期時(shí)接收器移動(dòng)的距離即可得出對(duì)應(yīng)聲波的波長(zhǎng)，再根據(jù)聲波的頻率，即可算出聲波的傳播速度。（4）時(shí)差法若以脈沖調(diào)制正弦信號(hào)輸入到發(fā)射器，使其發(fā)出脈沖聲波，經(jīng)過(guò)時(shí)間

8、t后，到達(dá)距離L處接收換能器接收器就收到脈沖信號(hào)后能量逐漸積累，振幅逐漸增大，脈沖信號(hào)過(guò)后，接收器作衰減震蕩，t可由測(cè)量?jī)x自動(dòng)測(cè)量，測(cè)出L后，即可由：V=L/t 計(jì)算聲速。圖4.4時(shí)差法測(cè)量原理三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟：1聲速測(cè)定儀系統(tǒng)地連接與工作頻率的調(diào)節(jié)（1）換能器與聲速測(cè)定信號(hào)源之間的連接。信號(hào)源面板上的發(fā)射驅(qū)動(dòng)端口，用于輸出一定功率的信號(hào)，接至測(cè)試架左邊的發(fā)射換能器；儀器面板上的接收換能器信號(hào)輸入端口，連接到測(cè)試架右邊的接收換能器。（2）示波器與聲速測(cè)定信號(hào)源之間的連接。信號(hào)源面板上的超聲發(fā)射監(jiān)測(cè)信號(hào)輸出端口輸出發(fā)射波形，請(qǐng)接至雙重示波器的CH1(Y通道)，用于觀察發(fā)射波形；儀器面板上的

9、超聲波接收檢測(cè)信號(hào)輸出端口輸出接收波形，請(qǐng)接至雙蹤示波器的CH2(X通道)，用于觀察接收波形。（3）在接通開關(guān)后，顯示歡迎界面后，自動(dòng)進(jìn)入按鍵說(shuō)明界面。按確認(rèn)鍵后進(jìn)入工作模式選擇界面，可選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)為連續(xù)正弦波或脈沖波。在工作模式選擇界面中選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)為連續(xù)正弦波工作模式，在連續(xù)工作模式中使信號(hào)源工作預(yù)熱15分鐘。（4）調(diào)解驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率到壓電陶瓷換能器系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)。只有當(dāng)發(fā)射換能器的發(fā)射面接收換能器的接收面保持平行時(shí)才有較好的系統(tǒng)工作效果。為了得到較清晰的接收波形，還須將外加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率調(diào)節(jié)到發(fā)射換能器的寫真頻率點(diǎn)時(shí)，才能較好地進(jìn)行生能與電能的轉(zhuǎn)換，以得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（5）時(shí)基選擇在

10、520us/div，調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)聲速測(cè)定儀信號(hào)源輸出電壓（1015Vpp之間），調(diào)整信號(hào)頻率在（3045KHz）觀察頻率調(diào)整時(shí)接收波形的電壓的幅度變化，選取在大幅值的頻率，并穩(wěn)定信號(hào)。2 共振干涉法測(cè)空氣中聲速按第一條的要求完成系統(tǒng)的連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。將示波器設(shè)定在掃描狀態(tài)，掃描速度10us/div，信號(hào)輸入通道輸入旋鈕約為1v/div，并將發(fā)射輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入端設(shè)為出發(fā)信號(hào)端。信號(hào)源選擇正弦波，發(fā)射接收增益均為二檔。搖動(dòng)搖柄，在發(fā)射端與接收端距離5cm附近處，找到共振位置，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，游標(biāo)卡尺歸零。繼續(xù)搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，每到共振位置記錄數(shù)據(jù)，共計(jì)

11、十組。3 相位比較法測(cè)量空氣中的聲速按第一條要求完成系統(tǒng)連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。信號(hào)源選擇正弦波，發(fā)射接收增益均為二檔。將示波器設(shè)定在XY工作狀態(tài)。將信號(hào)源的發(fā)射監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)接到示波器的X輸入端，并設(shè)為觸發(fā)信號(hào)，接收監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)接到示波器的Y輸入端，信號(hào)輸入通道輸入調(diào)節(jié)旋鈕為1v/div。 在發(fā)射器與接收器距離為5cm附近處，找到=0的點(diǎn)，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按數(shù)字游標(biāo)卡尺的歸零鍵，使該點(diǎn)位置為零。搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，每到=0的時(shí)均記錄讀數(shù)，共記錄10組數(shù)據(jù)。4 時(shí)差法測(cè)量空氣中的聲速 按第一條的要求完成系統(tǒng)連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。 信號(hào)源選擇

12、脈沖波，設(shè)定發(fā)射，接收增益為2.將發(fā)射器與接收器距離為5cm附近處，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按數(shù)字游標(biāo)卡尺的歸零鍵，是該點(diǎn)位置為零。搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，每隔20mm記錄一次位置與時(shí)差讀數(shù)，記錄十組數(shù)據(jù)。5 用相位比較法測(cè)量水中的聲速 測(cè)量水中的聲速時(shí)，將實(shí)驗(yàn)裝置整體放入水槽中，水位高到換能器頂部12cm。 按第一條要求完成系統(tǒng)連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。 信號(hào)源選擇正弦波，發(fā)射接收增益均為二檔。將示波器設(shè)定在XY工作狀態(tài)。將信號(hào)源的發(fā)射監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)接到示波器的X輸入端，并設(shè)為觸發(fā)信號(hào)，接收監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)接到示波器的Y輸入端，信號(hào)輸入通道輸入調(diào)節(jié)旋鈕為1v/div。 在發(fā)射器與

13、接收器距離為5cm附近處，找到=0的點(diǎn)，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按數(shù)字游標(biāo)卡尺的歸零鍵，使該點(diǎn)位置為零。搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，接收器移動(dòng)過(guò)程中若接收信號(hào)振幅變動(dòng)較大影響測(cè)量，可調(diào)節(jié)示波器Y衰減旋鈕。由于水中聲波長(zhǎng)約為空氣中的5倍，為縮短行程，每半個(gè)周期測(cè)一次，共記錄8組數(shù)據(jù)。6 用時(shí)差法測(cè)量水中的聲速按第一條的要求完成系統(tǒng)連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。 信號(hào)源選擇脈沖波，設(shè)定發(fā)射，接收增益為2.將發(fā)射器與接收器距離為5cm附近處，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按數(shù)字游標(biāo)卡尺的歸零鍵，是該點(diǎn)位置為零。搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，每隔20mm記錄一次位置與時(shí)差讀數(shù)，記錄十組數(shù)據(jù)。7 時(shí)差法測(cè)固

14、體中的聲速由于固體樣品的長(zhǎng)度不能連續(xù)變化，因此只能采用時(shí)差法進(jìn)行測(cè)量。 按第一條的要求完成系統(tǒng)連接與調(diào)諧，并保持在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不改變調(diào)諧頻率。 信號(hào)源選擇脈沖波，設(shè)定發(fā)射，接收增益為2.將發(fā)射器與接收器距離為5cm附近處，作為第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按數(shù)字游標(biāo)卡尺的歸零鍵，是該點(diǎn)位置為零。搖動(dòng)搖柄，接收器遠(yuǎn)離發(fā)射器，每隔20mm記錄一次位置與時(shí)差讀數(shù)，記錄十組數(shù)據(jù)。四 數(shù)據(jù)處理1 共振干涉法測(cè)量空氣中的聲速 頻率f=36.996kHz T=19.0測(cè)量次數(shù)i123 4 5=348.5615(m/s)位置Li(mm)0.005.009.4814.3019.04測(cè)量次數(shù)i678910平均波長(zhǎng)位置Li(mm)2

15、36828.4533.0937.7642.61波長(zhǎng)9.4729.3809.4449.3849.4289.4216數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式：=331.45+0.59T =f* =2*（-）/5 =（+）/5誤差 E=（-）/實(shí)驗(yàn)結(jié)論：=348.561(m/s) =342.66（m/s） 誤差E=1.722%2 相位比較法測(cè)量空氣中的聲速 頻率f=36.941kHz T=19測(cè)量次數(shù)i12345=349.890（m/s）位置Li(mm)09.4018.8128.2237.71測(cè)量次數(shù)i678910平均波長(zhǎng)位置Li(mm)47.1856.7066.2675.7685.03波長(zhǎng)(mm)9.4369.4609.

16、4909.5089.4649.4716數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式： =331.45+0.59T =f* =（-）/5 =（+）/5誤差 E=（-）/實(shí)驗(yàn)結(jié)論：=349.890 (m/s) =342.66（m/s） 誤差E=2.109%3 時(shí)差法測(cè)量空氣中的聲速 頻率f=36.935kHz T=19測(cè)量次數(shù)i12345位置Li(mm)020406080時(shí)刻(us)395.4447.1504.0564.0628.0測(cè)量次數(shù)i678910位置Li(mm)100120140160180時(shí)刻(us)689.2748.2818.2880.2946.3速度(m/s)0.3400.3320.3180.3160.3140

17、.324數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式：=(-)/(-) =（+）/5實(shí)驗(yàn)結(jié)論：=0.324(m/s) =342.66（m/s） 誤差E=5.44%V（空氣）=v(1)+v(2)+v(3)=(348.561+349.890+324.00)m/s=340.817m/s誤差E=0.53%4 相位比較法測(cè)量水中的聲速 頻率f=36.932kHz T=19測(cè)量次數(shù)i12345 平均波長(zhǎng)位置Li(mm)021.4441.9663.4884.25測(cè)量次數(shù)i678910位置Li(mm)105.88123.67138.81157.43180.80波長(zhǎng)(mm)42.35240.89238.7437.5838.6239.636

18、數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式：=2*（-）/5 =（+）/5=f* 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： =1463.866（m/s）5 時(shí)差法測(cè)量水中的聲速 頻率f=36.938kHz T=19測(cè)量次數(shù)i12345位置li（mm）020406080時(shí)刻(us)95.9109.1123.3137.0150.4測(cè)量次數(shù)i678910位置Li(mm)100120140160180時(shí)刻(us)163.2173.7190.2206.7221.4速度(m/s)1485.881562.501494.701434.721408.401477.24數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式： =(-)/(-) =（+）/5實(shí)驗(yàn)結(jié)論： = =1477.24(m/s)V(水)

19、=v(1)+v(2)=( 1463.866+1477.24)m/s/2=1470.553m/s6 時(shí)差法測(cè)量固體中的聲速 頻率f=36.940kHz T=19樹脂棒長(zhǎng)度L(mm)100150200所用時(shí)間(us)測(cè)量次數(shù)1169.3197.5208.12170.9201.6229.73173.5205.4235.6(us)平均171.233201.5224.46速度(m/s)1651.92177.7(m/s)1914.8數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式： =L/t實(shí)驗(yàn)結(jié)論： V(樹脂棒)= =1914.8m/s7誤差分析從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，用ZKY-SS型聲速測(cè)定試驗(yàn)儀來(lái)測(cè)量聲速，所測(cè)得的聲速與公認(rèn)值較為吻合

20、，由此可見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)的誤差很小。引起誤差的主要因素：（1）由于聲速測(cè)定儀信號(hào)源的不穩(wěn)定因此發(fā)出聲波的頻率總有一小的誤差從而引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的微小誤差（2）調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率到壓電陶瓷換能器系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)時(shí)存在著微小誤差（3）由于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)的吸收，反射面上波的散射和投射，會(huì)發(fā)生能量的損耗，使反射波和入射波振幅不等，在多種因素的影響下發(fā)射的聲波也會(huì)產(chǎn)生多次反射疊加，兩超聲換能器之間形成的不是嚴(yán)格的駐波，從而引起微小誤差。（4）在測(cè)量空氣中聲音的傳播速度時(shí)，在示波器上觀察圖像讀取數(shù)據(jù)時(shí)存在著微小誤差（5）在測(cè)量液體中聲音的傳播速度時(shí)，所盛液體及水槽不是很潔凈從而引起微小誤差（6）在測(cè)量固體中聲

21、音的傳播速度時(shí)，由于沒(méi)有超聲耦合劑因此聲速測(cè)定的固體套件不能完全固定在換能器上，從而實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在著微小偏差（7）所測(cè)得的聲速與溫度有關(guān)的物理量，但是實(shí)際溫度的測(cè)量存在微小誤差。 通過(guò)次裝置測(cè)量聲速的誤差比較小，造成這些微小誤差的因素是多方面的。雖然存在著溫度，氣壓，相對(duì)濕度等多方面因素的影響，但實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值仍很吻合。另外次實(shí)驗(yàn)原理清晰，方便操作，儀器簡(jiǎn)單，因此我們認(rèn)為這些方法不失為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量聲速的好方法。8問(wèn)題討論 8.1實(shí)驗(yàn)中為什么要在超聲換能器諧振狀態(tài)下測(cè)量？答: 在諧振狀態(tài)下超聲換能器的縱向伸縮幅度大,發(fā)射的聲波強(qiáng),接收器換能器接收的聲波大,輸出信號(hào)強(qiáng).這樣,可以提高測(cè)量的靈敏度,較為

22、準(zhǔn)確的確定駐波的波腹(波節(jié)),有利用準(zhǔn)確的測(cè)量聲波的波長(zhǎng).如果激勵(lì)源頻率偏離換能器諧振點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致聲波信號(hào)輸出功率降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至更多。而空氣對(duì)超聲波的衰減本來(lái)就強(qiáng)烈，若信號(hào)源微弱則很難完成測(cè)試。8.2實(shí)驗(yàn)中怎樣找到超聲換能器的諧振頻率？ 答: 實(shí)驗(yàn)中所使用的超聲換能器的諧振頻率在3040kHz之間，可以通過(guò)以下兩種方法找到換能器的諧振頻率。 （1）方法一：根據(jù)發(fā)射換能器的諧振指示燈調(diào)節(jié) 逆時(shí)針調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“電源開關(guān)幅度調(diào)節(jié)”（AMPLITUDE POWER）旋鈕，調(diào)節(jié)到約為最大位置的三分之二。在輸出頻率3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)“頻率微調(diào)” （FINE）旋鈕，使聲波發(fā)射換能器旁邊的

23、指示燈點(diǎn)亮。這時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率即為換能器的諧振頻率。 （2）方法二：根據(jù)接收換能器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)兩換能器發(fā)射面和接收面之間的距離約為1cm左右，用示波器觀察接收換能器的輸出信號(hào)，在輸出頻率3040kHz范圍內(nèi)仔細(xì)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“頻率微調(diào)”（FINE）旋鈕，使接收換能器的輸出電壓信號(hào)最大。此時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率等于換能器的諧振頻率。8.3相位比較法測(cè)量聲速時(shí)，怎樣才能在示波器上觀察到李薩如圖形？選擇什么樣的李薩如圖形進(jìn)行測(cè)量？ 答:采用相位比較法進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要判斷相位差，通過(guò)示波器觀察李薩如圖形可以判斷相位差。李薩如圖形可以由兩個(gè)相互垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加形成。因此，為了在

24、示波器上觀察到李薩如圖形，發(fā)射換能器的輸入信號(hào)和接收換能器的輸出信號(hào)必須一個(gè)作為示波器的“Y”輸入，另一個(gè)作為“X”輸入。實(shí)驗(yàn)中，可以將發(fā)射換能器的輸入信號(hào)接示波器的“Y”輸入；將“拉Y1（X）”旋鈕拉出，接收換能器的輸出信號(hào)接“X”輸入。適當(dāng)調(diào)節(jié)Y1 和Y2兩個(gè)通道的靈敏度選擇開關(guān)以及“X”和“Y”位移旋鈕，可以在示波器上觀察到完整的李薩如圖形。實(shí)驗(yàn)中由于輸入示波器的是頻率嚴(yán)格一致兩個(gè)信號(hào)，因此李薩如圖形一般是穩(wěn)定的橢圓。當(dāng)相位差為0或時(shí)，橢圓變?yōu)閮A斜的直線。測(cè)量時(shí)選擇判斷比較靈敏的直線形李薩如圖形進(jìn)行測(cè)量。以某一個(gè)直線位置作為測(cè)量的起點(diǎn)，相位差每變化即距離變化半個(gè)波長(zhǎng)，李薩如圖形從斜率為正或負(fù)的直線變?yōu)樨?fù)或正的直線。 8.4使用逐差法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)？答: 逐差法是針對(duì)自變量等量變化，因變量也做等量變化時(shí)，所測(cè)得有序數(shù)據(jù)等間隔相減后取其逐差平均值得到的結(jié)果。其優(yōu)點(diǎn)是充分利用了測(cè)量數(shù)據(jù)，具有對(duì)數(shù)據(jù)取平均的效果，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)或數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，及時(shí)糾正或及時(shí)總結(jié)數(shù)據(jù)規(guī)律。他也