实验内容与步骤
(1)用共振干涉法测量空气中的声速
①将实验装置与信号源按图3.8连接,将接收监测端口连接到示波器的Y输入端,开机预热几分钟。
②示波器工作在扫描状态,扫描速度约为10μs/格(也可切断扫描,此时看到一条竖线),Y输入调节旋钮约为1 V/格。
③信号源选择连续波(Sine⁃Wave)模式,发射增益为2,接收增益调节为2挡。
④在换能器谐振频率(约为36.5 kHz)附近调节信号源频率调节旋钮,当示波器监测到的接收信号振幅最大时,换能器谐振,记录下此时谐振频率f0,此后实验中保持频率不变。
⑤摇动超声实验装置丝杆摇柄,在发射器与接收器距离为10 cm附近处,找到共振位置(振幅最大),作为第1个测量点。按数字游标尺的归零(ZERO)键,使该点位置为零。摇动摇柄使接收器远离发射器,每到共振位置均记录位置读数,共记录10组数据于表3.6中。
表3.6 共振干涉法测量空气中的声速 谐振频率f0= kHz 温度T= ℃


(2)用相位比较法测量空气中的声速
①将信号源的发射监测接到示波器的X输入端,使示波器工作在X⁃Y状态。
②信号源设置保持不变。
③在发射器与接收器距离为10 cm附近处,找到ΔΦ=0(或ΔΦ=π)的点,作为第1个测
量点。按数字游标尺的归零(ZERO)键,使该点位置为零。摇动摇柄使接收器远离发射器,每到ΔΦ=0(或ΔΦ=π)时均记录位置读数,共记录10组数据于表3.7中。
表3.7 相位比较法测量空气中的声速 谐振频率f0= kHz 温度T= ℃(https://www.daowen.com)

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(3)用相位比较法测量水中的声速
测量水中的声速时,将实验装置整体放入水槽中,槽中的水高于换能器顶部1~2 cm。接收器移动过程中若接收信号振幅衰减较大影响测量,可调节示波器Y衰减旋钮。由于水中声波长约为空气中的5倍,为缩短行程,可在ΔΦ=0,π处均进行测量,共记录8组数据于表3.8中。
表3.8 相位比较法测量水中的声速 谐振频率f0= kHz 温度T= ℃

(4)用时差法测量水中的声速
信号源选择脉冲波工作模式,发射与接收增益均调节为3。将发射器与接收器距离为5 cm附近处,作为第1个测量点。按数字游标尺的归零(ZERO)键,使该点位置为零,并记录时差。摇动摇柄使接收器远离发射器,每隔20 cm记录位置与时差读数,共记录10点于表3.9中。
表3.9 时差法测量水中的声速 谐振频率f0= kHz 温度T= ℃

(5)用逐差法处理数据
用不确定度表示测量结果:
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把实验值与理论值相互比较,找出一些规律来并加以解释。