聲速和空氣絕熱系數的測定第1頁，課件共19頁，創作于2023年2月[實驗目的]

1掌握超聲聲速-絕熱系數測定儀的原理和特點；2學會用超聲聲速-絕熱系數測定儀測量聲速和空氣絕熱系數.第2頁，課件共19頁，創作于2023年2月[實驗原理]1.實驗儀器及實驗原理圖超聲聲速-絕熱系數測定儀由功率信號發生器,超聲聲速測定儀[包括激發換能器(功能:將電信號轉變為聲波信號和接收換能器(功能:將聲波信號轉變為電信號）]和示波器組成。第3頁，課件共19頁，創作于2023年2月[實驗原理]2．聲速的測量用干涉法和相位法求出波長，空氣溫度為t時的聲速為。

（2）（1）其中f為聲波的頻率.空氣溫度為t時的聲速還可由下式計算空氣中0℃時聲速

為331m／s.第4頁，課件共19頁，創作于2023年2月3．空氣絕熱系數測定：理想氣體中聲波的傳播可以認為是一絕熱過程，其傳播速度可表示為即

（3）式中R為氣體常數，為分子量，T為氣體溫度。為比熱容比即絕熱系數。由（3）知，對一定溫度下的氣體，只要測出聲速即可求出（絕熱系數）。由經典理論可知，單原子氣體=l.67、雙原子氣體=1.40，空氣是多種氣體混合物，其中99．9%以上為雙原子氣體氮和氧、所以近似等于l.40。第5頁，課件共19頁，創作于2023年2月4．聲波波長的測量方法聲波波長測量方法1:干涉法測量由聲源發出的平面波經前方的平面反射后，入射波與反射波疊加，它們波動方程分別是：

疊加后合成波為：

第6頁，課件共19頁，創作于2023年2月

的各點振幅最大，稱為波腹，對應的位置：

(n=0,1,…)(4)

的各點振幅最小，稱為波節，對應的位置：

(n=0,1,…)(5)因此只要測得相鄰兩波腹（或波節）的位置即可得波長。第7頁，課件共19頁，創作于2023年2月

由縱波性質和駐波理論可知，接收面按振動位移來說處于波節時、按聲壓來說是處于波腹(與振動位移相差)、接收到的聲壓相應達到最大值、所接受電信號最強(參看北京大學張為合等編(1985)物理學第一冊P408—412;楚澤涵編聲波測井P42---55.石油工業出版社,1993)。圖2聲壓變化與接收器位置的關系第8頁，課件共19頁，創作于2023年2月

移動接受器時、示波器所顯示的信號幅度會由極大逐漸變小、然后再變大、相鄰二次達到極大值的距離為／2.如何實現波長的測量?觀察示波器波形變化------判斷接受器所移過的波長個數;記錄接受器移過的距離。圖2聲壓變化與接收器位置的關系第9頁，課件共19頁，創作于2023年2月聲波波長測量方法2．相位比較法（李薩如圖形法）示波器x,y軸輸入波的相位差：

(6)因為L改變一個波長時，相位差就改變。利用李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。第10頁，課件共19頁，創作于2023年2月相位差與李薩如圖形的關系:(見圖3)：

當移動接收換能器時將會發現：不僅橢圓的幅值大小會隨發射——接收的距離L發生變化，而且橢圓的相位亦發生變化。圖3相位差圖第11頁，課件共19頁，創作于2023年2月(1)利用圖形找出同相（Φ=0）或反相（Φ=）時橢圓退化為右斜或左斜直線(其優點是判斷直線相位差最為清晰和準確)。(2)調整接收器的位置，注意屏幕上出現的橢圓相位（例如Φ=0或Φ=），繼續移動接收換能器、直到橢圓或直線的相位完全重復上述橢圓或直線的相位、這時所移動距離恰好為一個波長(當兩個換能器的距離L變化一個波長時，相位就發生2的變化)。圖3相位差圖第12頁，課件共19頁，創作于2023年2月為使測量值更加準確，可移動n個波長，例如：當移動12個波長，接收換能器由,則聲波的波長為(7)(8)溫度為t的聲速為總結:測量關鍵-----波長的測量第13頁，課件共19頁，創作于2023年2月注意事項:示波器的使用參看教材P79—86(２)從頻譜響應曲線尋找最佳實驗頻率(３)實驗完畢須用橡膠帽將換能器端面罩好，避免臟物進入換能器。第14頁，課件共19頁，創作于2023年2月[學生實驗內容]用超聲聲速-絕熱系數測定儀測量聲速（1）按實驗原理圖將激發換能器接通功率信號發生器的正弦波輸出、接收換能器接通示波導器Y軸，調整信號發生器的頻率f使激發換能器處于諧振狀態，這時示波器接收到的信號達到最大，開機約10分鐘、待信號源工作穩定后即能開始實驗。第15頁，課件共19頁，創作于2023年2月（2）調整激發換能器和接收換能器平面的距離L，使得兩換能器平面之間的空氣形成駐波，示波器產生共振現象，記錄示波器所顯示的信號幅度連續20個極大值，采用逐差法處理數據。測量出波長，計算出聲速。將測量結果列表如下：第16頁，課件共19頁，創作于2023年2月測量次數i距離測量次數i+10距離111212313(3)根據（3）式，可以算出絕熱系數

第17頁，課件共19頁，創作于2023年2月2．用相位比較法（李薩如圖形法）計算聲速：（1）在干涉法實驗基礎上，同時將信號源接入示波器的X軸、示波器采用外掃描、這時示波器將顯示一橢圓或直線。當移動接收換能器時將會發現：不僅橢圓的幅值大小會隨發射——接收的距離L發生變化，而且橢圓的相位亦發生變化。第18頁，課件共19頁，創作于2023年2月（2）利用圖形找出同相（Φ=0）或反相（Φ