大学物理仿真实验报告
时间：2009.11.18
实验人：XXX 班级： XXX 学号： XXXX
实验名称：
超声波测声速
试验目的：
1.了解超声波的产生、发射、和接收方法；
2.用驻波法、相位比较法测量声速。
实验仪器：
SV-DH系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源。
实验原理：
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。
1.驻波法测波长
由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：
叠加后合成波为：
振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：
振幅最小的各点称为波节，其对应位置：
因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。
2.相位比较法测波长
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：
。因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
实验内容及操作步骤：
1．接线
2．调整仪器
（1）示波器的使用与调整
使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。
（2）信号发生器的调整
根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。由于本实验测声速的方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号，然后再转为电信号进行的，所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。
（3）超声速测定仪的使用
在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图。
3．实验内容
寻找到超声波的频率（就是换能器的共振频率）后，只要测量到信号的波长就可以求得声速。我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长:
（1）驻波法
信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。改变换能器之间的距离（移动右边的换能器）时，在接收端(把声信号转为电信号的换能器)的信号振幅会相应改变。当换能器之间的距离为信号波长的一半时，接受端信号振幅为最大值。
实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出接受端信号，图见前面“调整仪器”中“示波器的使用与调整”部分。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的信号幅度。当信号幅度为最大值时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。两个相邻的信号幅度最大时换能器间的距离差就是波长的一半。
（2）相位比较法
由于两个换能器间有距离，这样在两个换能器处的信号有一相位差。当换能器间距离改变一个波长时，相位差改变2p。
实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李撒如图(见图11)。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的李撒如图。当观察到两个信号的相位差改变2时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。
注意事项：
1．确保换能器S1和S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。
实验经过及数据记录：
（1）驻波法测声速
连线如图
调节各仪器到如下图所示状态（所示波峰峰值最大）：
读数：3.98mm ；
再调节声速测试仪，使所示波峰峰值重新达到最大
读数：9.28mm ；
以此类推，读出多组数据，记录如下所示:
（2）相位比较法
连线如图
调节各仪器到如下图所示状态：
读数：9.20mm ；
再调节声速测试仪，使所示波型与前一次相同：
读数：19.62mm ；
以此类推，读出多组数据，记录如下:
数据处理：
（1）驻波法
?3.98mm-9.28mm-14.36mm-19.54mm-24.88mm-29.98mm-35.28mm-40.42mm-45.66mm-50.74mm-55.94mm+61.12mm+66.36mm+71.56mm+76.82mm+81.98mm+87.14mm+92.34mm+97.66mm +102.76mm+108.04mm +113.12mm）/121=5.20mm
(2)相位比较法??
9.20mm-19.62mm-30.00mm-40.42mm-50.82mm-61.18mm+71.62mm+82.00mm +92.42mm+102.82mm+113.18mm +123.58mm) /36= 10.40mm
小结（包括误差分析、结论、建议等）
误差分析： 
(设室温为25摄氏度。)
百分误差
）/346.28=5.11%
误差可能的原因：
1、在实验进行的过程中，每次依照所示波调节声速测试仪时，都只能靠肉眼察，所以无法准确调到适当位置，存在较大误差。
2、声速测试仪信号源输出的波形可能不是我们想象的那么精确，导致最后所测声速偏大。
结论：通过超声波之间的干涉，可以通过测量和计算得到声速的值。
建议：本实验的完成很是顺利，故没有什么建议。
九、思考题：
1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？
答：可行。
在距离l一定时，均匀地改变频率，使所示波峰峰值达到最大亦可得声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？
答：不同。我们知道通常情况下气体声速
,不同的气体具有不同的分子量和气体密度，声波的传播速度不同。
第二篇：大学物理真空试验报告
实验项目名称：真空试验
一、实验目的
1．学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象。
2．用U型计和热偶计测量真空以及用定容法测量机械泵的有效抽速。
二、实验原理
1. U型压力计
水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。一般压力计一段封闭，另一端接入真空系统，封闭端为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。对于精密工作则需进行温度修正。对于压力较低（低于
Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多。绝对压力由下式给出
式中h是油压力计的读数。
2. 高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）
高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，原理图如图所示。接通电源后，调节放电火花间隙G，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停的移动。随着压强的变化，系统内放电辉光的颜色不断变化，从放电颜色可粗略地估计真空系统的气压。
3. 辉光放电
随着真空度的提高，容器内的剩余气体分子逐渐减少, 由于机械泵对各种气体的抽气速率不同，残余气体中各种气体成分的比例随着气压的降低而变化。当对玻璃容器加一高压时，容器中的游离电子（宇宙射线产生）被加速与气体分子碰撞，当电子的能量足够大时，使气体分子电离，电离产生的次级电子再被电场加速与气体分子碰撞，再使气体分子电离，正负离子复合过程会有光子释放，即产生辉光放电，辉光放电是气体电离的基本形式之一，它反映了容器内气体的电离和复合过程。由于各种气体的电离电位不同，在复合过程中释出的光子频率不同，即辉光放电的颜色也不同，根据颜色变化可大致判断真空度的量级。
4. 定容法测机械泵的有效抽速
设被抽容器的容积为v, 气体压强为p, 容器内的气体总量为pv。
令机械泵的有效抽速s, 则单位时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即
,式中V是恒量，故有
由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。由实验可知，气压p在105—103Pa之间，s是常量。
5. 热偶真空计(热传导真空计)
热偶真空计是一种热传导真空计。热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。如图所示，在玻璃管中封入加热丝C、D及
两根不同金属丝A与B制成的一对热电偶。当C和D通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶A、B两段的热电动势E增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系。
三、实验仪器
热偶真空计、旋片式机械泵、热偶规管、高频电火花真空测定仪、FZh-2B型复合真空计。
四、实验内容及步骤
1．启动真空系统，用U型压力计和热偶真空计测量系统真空度。
2．用高频电火花真空测定仪观测系统内辉光的变化，在每一个数量级至少记一次现象，与放电颜色和压力关系表内现象比较有何异同。
3． 测量p-t关系曲线，由式（2）计算出机械泵的有效抽速。
4．抽至极限真空度。
5． 注意事项
（1） 对玻璃系统操作一定要轻缓，事先把步骤拟好，正确无误方可进行实验。
（2） 开泵之前一定要关闭放气阀，关泵之前一定要先关闭阀门，然后停泵并立即打开放气阀。
（3） 高频火花仪的探头要离开玻璃管壁1cm左右的位置，不可与关闭接触，也不可以停在一处，以免打裂玻璃。
五、实验数据记录与处理
1. P-T关系曲线
2. 辉光放电现象
六、思考题
1.高频电火花真空测定仪可检测的真空度范围是（ a ）
（a）103—10-1Pa （b）任何真空度 （c）102—10-2Pa
2.热偶真空计的测量下限为10-1Pa，原因是 （ c ）
（a）热电偶的性能 （b）热丝电流饱和 （c）热丝引线的热传导和热辐射占主导地位。
3.关机械泵后一定要将大气放入 （ b ）
（a）真空系统 （b）机械泵内腔 （c）U型计
4.使用高频电火花真空测定仪或放电管会引起 （ b ）
（a）系统真空度提高 （b）系统真空度减小 （c）系统损坏
5.研究放电对真空度和热偶计的影响。
答：如果放电火花在某一处停留，会使薄玻璃被击穿，造成人为漏孔。