《大学物理实验》课程教学资源（教材讲义）声速测量

大学物理实验:138:【注意事项】1.激光光电门由激光发射和接收两部分组成.该部件红线接仪器十5V接线柱，黑线接GND接线柱，黄线接INPUT接线柱.2.MS-4计数计时仪器上计数十1为半周期，实验时一般次数预置成偶数.计数计时始点时，计数窗显示：00计时窗显示：00.000：计数次数和次数预置相同时，仪器停止计数计时，可通过查阅一或查阅十键记录相应次数从开始点所计的时间.重复计数计时按RESET，次数预置数不大于64次，一且改变预置数，须按RESET键方有效【预习思考题】1.为什么调节摆杆上的微调螺母就可以改变摆的固有频率？2.耦合摆实验中，一个拍振周期指的是哪段时间？【讨论思考题】耦合摆同振幅同方向振动时，振动频率是否和耦合长度有关？为什么？【拓展阅读】[1]HOB-1耦合摆实验仪使用说明书.上海上大电子设备有限公司.2006[2陈熙谋.物理演示实验.北京：高等教育出版社，1982[3]］杨秉雄，严群英，李小军，王旭明.2011.耦合摆振动模型的研究.宁夏大学学报，32(4):359—361.[4]http://pec.buaa.edu.cn/yanshi/neirong_4_ouhebai_1.htm4.3声速测量【引言】声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量.声速的测量方法可分为两大类：①直接法（脉冲法），利用关系式u=S/t，测出传播距离S和所需时间t后，即可算出声速；②间接法（波长-频率法），利用关系式u=，测出其频率和波长入来计算声速.本实验采用的共振干涉法和相位比较法属于后一类，超声波的频率范围为2×10*～10°Hz，由于波长短，易于定向发射，在超声波段进行声速测量比较方便.实际应用中超声波传播速度对于超声波测距、定位、测液体流速、比重、溶液的浓度、测材料弹性模量、测量气体温度变化等都有重要意义【实验目的】1.掌握用不同方法测定声速的原理和技术2.进一步熟悉示波器和信号源的使用方法，3.了解发射和接收超声波的原理和方法。4.加深对纵波波动和驻波特性的理解【实验原理】1.超声波的产生与接收超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成.压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换，它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝（做成喇叭形状

暰注意事项暱 1.激光光电门由激光发射和接收两部分组成.该部件红线接仪器 +5V 接线柱,黑线接 GND接线柱,黄线接INPUT 接线柱. 2.MS 4计数计时仪器上计数 +1为半周期,实验时一般次数预置成偶数.计数计时始点 时,计数窗显示:00;计时窗显示:00灡000;计数次数和次数预置相同时,仪器停止计数计时,可 通过查阅 - 或查阅 + 键记录相应次数从开始点所计的时间.重复计数计时按 RESET,次数预 置数不大于64次,一旦改变预置数,须按 RESET 键方有效. 暰预习思考题暱 1.为什么调节摆杆上的微调螺母就可以改变摆的固有频率? 2.耦合摆实验中,一个拍振周期指的是哪段时间? 暰讨论思考题暱 耦合摆同振幅同方向振动时,振动频率是否和耦合长度l有关? 为什么? 暰拓展阅读暱 [1] HOB 1耦合摆实验仪使用说明书.上海上大电子设备有限公司.2006. [2] 陈熙谋.物理演示实验.北京:高等教育出版社,1982. [3] 杨秉雄,严群英,李小军,王旭明.2011.耦合摆振动模型的研究.宁夏大学学报, 32(4):359—361. [4] http://pec.buaa.edu.cn/yanshi/neirong_4_ouhebai_1.htm 4灡3 声 速 测 量 暰引言暱 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波,声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物 理量.声速的测量方法可分为两大类:栙 直接法(脉冲法),利用关系式v=S/t,测出传播距离S 和所需时间t后,即可算出声速v;栚 间接法(波长 频率法),利用关系式v=f毸,测出其频率f 和波长毸 来计算声速v.本实验采用的共振干涉法和相位比较法属于后一类. 超声波的频率范围为2暳104 ~108 Hz,由于波长短,易于定向发射,在超声波段进行声速 测量比较方便.实际应用中超声波传播速度对于超声波测距、定位、测液体流速、比重、溶液的 浓度、测材料弹性模量、测量气体温度变化等都有重要意义. 暰实验目的暱 1.掌握用不同方法测定声速的原理和技术. 2.进一步熟悉示波器和信号源的使用方法. 3.了解发射和接收超声波的原理和方法. 4.加深对纵波波动和驻波特性的理解. 暰实验原理暱 1.超声波的产生与接收 超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成.压电陶 瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换,它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝(做成喇叭形状, ·138· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验139.增加辐射面积）和重金属（如铁）组成.超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变电压作用下，压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩，产生机械振动而在空气中激发出超声波.超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化压电换能器系统有其固有的谐振频率f，当输入电讯号的频率接近谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，等于谐振频率时，它的振幅最大，作为波源其辐射功率就最大；当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时，它作为接收器转换的电讯号最强，即灵敏度最高.本实验中，压电换能器的谐振频率在35kHz～39kHz范围内，相应的超声波波长约为1cm.由于波长短，而发射器端面直径比波长大得多，因而定向发射性能好，离发射器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波2.测量声速的实验方法声波的传播速度可以由声波频率f和波长入求出(4-3-1)U-入，其中声波频率可由信号发生器的显示屏读出：实验中的主要任务就是测声波波长，可以用下面两种方法测量.（1）共振干涉法测波长测量装置如图4-3-1所示（CH1断开，仅观察CH2的信号），由于压电换能器发出的超声波近似于平面声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，从接收端面反射的波与人射波叠加，当两波相互干涉形成驻波时，反射面处为媒质振动位移的波节，由纵波的性质可以证明，“位移节”处是声压的波腹，也即反射面为“声压腹”数显游标尺P(x)()simLis2示波器信号发生器功率输出CHICH2的x0图4-3-2接收器端面声压和位置的变化关系图4-3-1声速测量实验装置对于固定位置的发射器S1，沿声波传播方向移动接收器Sz时，接收端面声压的变化和接收器位置的关系可从实验中测出，如图4-3-2所示.当接收器处于一系列特定位置上时，媒质中出现稳定的驻波共振现象，此时接收面上的声压达到极大值，可以证明，接收面两相邻声压极大值之间的距离1，即为半波长入/2（相邻两极小值之间的距离也为入/2，但极小值不如极大直尖锐），因此，若保持频率不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面所移动的距离1，求得入=2l，就可以代人（4-3-1）式计算声速V=2f（2）位相比较法测波长波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播.沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同，即两点的位相差为2元的整数倍，这时两点间的距离S应等于波长入的n（整数）倍，即

增加辐射面积)和重金属(如铁)组成.超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应,在交变电 压作用下,压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩,产生机械振动而在空气中激发出超声波.超声波 的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化. 压电换能器系统有其固有的谐振频率f,当输入电讯号的频率接近谐振频率时,压电换能 器产生机械谐振,等于谐振频率时,它的振幅最大,作为波源其辐射功率就最大;当外加强迫力 以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时,它作为接收器转换的电讯号最强,即灵敏度 最高. 本实验中,压电换能器的谐振频率在35kHz~39kHz范围内,相应的超声波波长约为 1cm.由于波长短,而发射器端面直径比波长大得多,因而定向发射性能好,离发射器端面稍 远处的声波可以近似认为是平面波. 2.测量声速的实验方法 声波的传播速度v可以由声波频率f 和波长毸 求出 v=f毸, (4灢3灢1) 其中声波频率f可由信号发生器的显示屏读出.实验中的主要任务就是测声波波长,可以用下 面两种方法测量. (1)共振干涉法测波长 测量装置如图4灢3灢1所示(CH1断开,仅观察 CH2的信号),由于压电换能器发出的超声 波近似于平面声波,当接收器端面垂直于波的传播方向时,从接收端面反射的波与入射波叠 加,当两波相互干涉形成驻波时,反射面处为媒质振动位移的波节.由纵波的性质可以证明, “位移节暠处是声压的波腹,也即反射面为“声压腹暠. 图4灢3灢1 声速测量实验装置 图4灢3灢2 接收器端面声压和位置的变化关系 对于固定位置的发射器S1,沿声波传播方向移动接收器S2 时,接收端面声压的变化和接 收器位置的关系可从实验中测出,如图4灢3灢2所示.当接收器处于一系列特定位置上时,媒质 中出现稳定的驻波共振现象,此时接收面上的声压达到极大值.可以证明,接收面两相邻声压 极大值之间的距离l,即为半波长毸/2(相邻两极小值之间的距离也为毸/2,但极小值不如极大 值尖锐).因此,若保持频率f不变,通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面所移动的 距离l,求得毸=2l,就可以代入(4灢3灢1)式计算声速v=2fl. (2)位相比较法测波长 波是振动状态的传播,也可以说是位相的传播.沿传播方向上的任何两点,如果其振动状 态相同,即两点的位相差为2毿的整数倍,这时两点间的距离S应等于波长毸 的n(整数)倍,即 第4章 近代与综合性实验 ·139·

大学物理实验:140:S=na.(4-3-2)利用（4-3-2）式可以精确地测量波长.由于发射器发出的是近似于平面波的声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的位相沿传播方向移动接收器，口以找到一些位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相，相邻两次达到同相时，接收器所移动的距离必然等手声波的波长为了判断位相差并且测定波长，可以利用示波器同时显示发射器和接收器的信号波形，并且沿波传播方向移动接收器寻找接收器和发射器信号的同相点.也可以利用李萨如图形判断位相差，如图4-3-3所示.当这两信号同相或反相时，李萨如图形由椭圆退化为向右或向左斜的直线.利用李萨如图形形成斜直线来判断位相差更为敏锐，波传播方向移动接收器，当位相差改变元时相应距离的改变量1即为半波长（入/2）3元元122元0元2AOAO图+-3-3不同相位差的李萨如图3.声波在空气中的传播速度把空气近似当作理想气体时，声波在空气中的传播过程可以认为是绝热过程，其传播速度为YRT(4-3-3)U=NM'式中，Y=C，/Cv，称为比热比（气体定压比热与定容比热之比），R=8.314J/（mol·K），称为普适气体常数，T为绝对温度，M为气体的摩尔质量.正常情况下，干燥空气的平均摩尔质量为28.964×10-"kg/mol，在标准状况下干燥空气中的声速为uo=331.45m/s，而在室温t℃时，干燥空气中的声速为(4-3-4)0=00273.15实际空气并不是完全干燥的，总含有一些水蒸气.经过对空气平均摩尔质量和比热容比的修正，校正后的声速公式为/(α + 273.15)(1+ 0. 3192 )v=331.45(4-3-5)式中，P为水蒸气的分压强，可以根据干湿温度计的温差值从附表中查出：P为大气压强，由气压表（计）读出【实验仪器】信号发生器，双踪示波器，综合声速测定仪，干湿温度计，气压表（计）【实验内容】1.共振法测声速（1）将接收器Sz稍稍移开，与发射器S，相距2～3cm.（2）按图4-3-1连接好各仪器.“CH1”断开

S=n毸. (4灢3灢2) 利用(4灢3灢2)式可以精确地测量波长.由于发射器发出的是近似于平面波的声波,当接收 器端面垂直于波的传播方向时,其端面上各点都具有相同的位相.沿传播方向移动接收器,可 以找到一些位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相,相邻两次达到同相时,接收器 所移动的距离必然等于声波的波长. 为了判断位相差并且测定波长,可以利用示波器同时显示发射器和接收器的信号波形,并 且沿波传播方向移动接收器寻找接收器和发射器信号的同相点.也可以利用李萨如图形判断 位相差,如图4灢3灢3所示.当这两信号同相或反相时,李萨如图形由椭圆退化为向右或向左斜 的直线,利用李萨如图形形成斜直线来判断位相差更为敏锐.沿波传播方向移动接收器,当位 相差改变毿时相应距离的改变量l即为半波长(毸/2). 图4灢3灢3 不同相位差的李萨如图 3.声波在空气中的传播速度 把空气近似当作理想气体时,声波在空气中的传播过程可以认为是绝热过程,其传播速度为 v= 毭RT M , (4灢3灢3) 式中,毭=Cp/CV ,称为比热比(气体定压比热与定容比热之比),R=8灡314J/(mol·K),称为普 适气体常数,T 为绝对温度,M 为气体的摩尔质量. 正常情况下,干燥空气的平均摩尔质量为28灡964暳10-3kg/mol,在标准状况下干燥空气 中的声速为v0 =331灡45m/s,而在室温t曟 时,干燥空气中的声速为 v=v0 1+ t 273灡15 . (4灢3灢4) 实际空气并不是完全干燥的,总含有一些水蒸气.经过对空气平均摩尔质量和比热容比毭 的修正,校正后的声速公式为 v=331灡45 1+ æ t è ç ö ø ÷ 273灡15 1+0灡3192 æ pw è ç ö ø ÷ p , (4灢3灢5) 式中,pw 为水蒸气的分压强,可以根据干湿温度计的温差值从附表中查出;p 为大气压强,由 气压表(计)读出. 暰实验仪器暱 信号发生器,双踪示波器,综合声速测定仪,干湿温度计,气压表(计). 暰实验内容暱 1.共振法测声速 (1)将接收器S2 稍稍移开,与发射器S1 相距2~3cm. (2)按图4灢3灢1连接好各仪器.“CH1暠断开. ·140· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验:141.（3）将换能器系统调到谐振状态：示波器置于“X-Y”工作方式，接收器S?信号输入示波器“CH2”适当选择CH2”伏/格值，信号发生器频率从33kHz到39kHz，由高向低数位调节，直到换能器产生共振，“电一声一电”转换最强，荧光屏显示Y向亮线最大时，换能器系统到达谐振状态.记录频率值f，此后整个实验过程中不再改变信号频率，（4）缓慢远移接收器，亮线高度变化，每当接收信号出现峰值时，记录接收器位置工，连续记录16个数据（参考表4-3-1).2.位相比较法测声速按共振法测声速（1）、（2）、（3）操作，“CH1”接通，即发射器S，信号输人“CH1”，适当选择“CH1”、“CH2”伏/格值，屏上出现李萨如图形，缓慢远移接收器，每当李萨如图形由椭圆变为直线时（包括正、负斜率两种情况），记录接收器位置工，连续记录16个数据（参考表4-3-1）3.测气压和室温(1）记录气压计指示的气压p（2）记录干湿温度计上干、湿温度计分别指示的干（室）温t（℃）和湿温t（℃），根据干、湿温度差从附表中查出空气中的水蒸气压pa表4-3-1共振法（位相比较法）测声速数据记录kHzkHz实验频率f=A双=A+仪 =mmC干湿温差1—1=实验室温度1-℃Pe=mmHgmmHgP=测量次数位置x:/mm测量次数i位置/mmL,=(+s-xi)/mmo1210311412513614715816【数据处理】对以上测量方法所得数据按以下步骤计算：1.用逐差法计算L，并求其平均值工及不确定度U（L).2.计算波长平均值入及不确定度U（入).3.计算声速平均值及不确定度U（）4.写出声速的测量结果，即=士U（).）(1+0.31925.计算声速的理论值理=331.451 + 273. 15) (6.将实验值与理论值进行比较，计算出百分误差，【预习思考题】怎样确定换能系统的谐振频率？【拓展阅读】[1]】张宝峰，刘裕光，张涛华.2001.声速测量实验中界面反射问题的探讨.物理实验

(3)将换能器系统调到谐振状态:示波器置于“X灢Y暠工作方式,接收器S2 信号输入示波器 “CH2暠,适当选择“CH2暠伏/格值,信号发生器频率从33kHz到39kHz,由高向低数位调节, 直到换能器产生共振,“电-声-电暠转换最强,荧光屏显示Y 向亮线最大时,换能器系统到达 谐振状态.记录频率值f,此后整个实验过程中不再改变信号频率. (4)缓慢远移接收器,亮线高度变化,每当接收信号出现峰值时,记录接收器位置xi,连续 记录16个数据(参考表4灢3灢1). 2.位相比较法测声速 按共振法测声速(1)、(2)、(3)操作,“CH1暠接通,即发射器S1 信号输入“CH1暠,适当选择 “CH1暠、“CH2暠伏/格值,屏上出现李萨如图形,缓慢远移接收器,每当李萨如图形由椭圆变为 直线时(包括正、负斜率两种情况),记录接收器位置xi,连续记录16个数据(参考表4灢3灢1). 3.测气压和室温 (1)记录气压计指示的气压p. (2)记录干湿温度计上干、湿温度计分别指示的干(室)温t(曟)和湿温t曚(曟),根据干、湿 温度差从附表中查出空气中的水蒸气压pw . 表4灢3灢1 共振法(位相比较法)测声速数据记录 实验频率f = kHz 殼f仪 = kHz 殼x仪 = mm 实验室温度t= 曟 干湿温差t-t曚 = 曟 pw = mmHg p = mmHg 测量次数i 位置xi/mm 测量次数i 位置xi/mm Li = (xi+8 -xi)/mm 1 9 2 10 3 11 4 12 5 13 6 14 7 15 8 16 暰数据处理暱 对以上测量方法所得数据按以下步骤计算: 1.用逐差法计算Li,并求其平均值L煀 及不确定度U(L). 2.计算波长平均值毸焻及不确定度U(毸). 3.计算声速平均值v焻及不确定度U(v). 4.写出声速的测量结果,即v=v暲U(v). 5.计算声速的理论值v理 =331灡45 1+ t 273. æ è ç ö ø ÷ 15 1+0灡3192 æ pw è ç ö ø ÷ p . 6.将实验值与理论值进行比较,计算出百分误差. 暰预习思考题暱 怎样确定换能系统的谐振频率? 暰拓展阅读暱 [1] 张宝峰,刘裕光,张涛华.2001.声速测量实验中界面反射问题的探讨.物理实验, 第4章 近代与综合性实验 ·141·

大学物理实验:142:21(08):10—12.[2] 贺梅英，黄沛天.2007.声速测量实验中声波衰减现象的研究.物理测试，25（01）：27一28[3] 陈洁，苏建新.2008.声速测量实验有关问题的研究.物理实验，28（06）：31一33[4] 张涛，吴胜举，张永元.2004.空气中声速测量实验研究.陕西师范大学学报（自然科学版），32（01）：44—46.【附录】干湿温度计

21(08):10—12. [2] 贺梅英,黄沛天.2007.声速测量实验中声波衰减现象的研究.物理测试,25(01):27—28. [3] 陈洁,苏建新.2008.声速测量实验有关问题的研究.物理实验,28(06):31—33. [4] 张涛,吴胜举,张永元.2004.空气中声速测量实验研究.陕西师范大学学报(自然科 学版),32(01):44—46. 暰附录暱 干湿温度计 ·142· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验:143.干湿球温度计测定空气中实有水蒸气压对照表附表-0/℃0123510p/mmHg467891/℃02.92.11. 30.54.63.714. 94. 13.22. 41.60.825. 34. 43.62.71. 91.10.335. 74.83. 93. 12. 21. 40.646. 15. 22.61. 80. 94.33.451.26.55.64.73.82.92.167. 05.14.21.66.03.32. 477. 56.55.54. 63.72. 81.90.21. 187. 08.06.05.04.13. 22.31. 40.698.67.56.52.70.95.54.53. 61.8109.28.17.06.03.12. 21.35.04. 0117. 66.55.53.52.61.79.88.74. 51210.59.38.27.16.05.04.03.02.11.20.31310.08.87.66.65.54.53.52.51.60.611.21410.89.57.22.01. 112.08.46.25.04.03.01512.811.510. 29. 17. 95.54.53. 52.51.56.71613.612.311.09.88.55.14.03.02.07.36.21711.65.73.62. 514.513.110. 59. 28.16.84.61815.514. 012.011.310. 08.77.56.45. 24.13.03.51916.515.013.512.110.89.48.26.95.84.64.1207.66.45.217.616.114.613.011.610.38.91.82115.512.58.57.218.717.113.911.19.76.05. 42218.116.514.910.69.27.96.619.813.412.06.12321.119.317.616.014.412.911.510.18.77.46.92420.622.418.817.215.514.012.411.09.58.27.72523.821.920.118.316.015. 013.411.910. 49.12621.419.617.814.59.98.525.223.316.113.011.42722.621.015.614.026.824.819. 017.312. 410.99. 42826.324.222.220.318.516.815.111.910.428.413.42930.127.925.723.721.719.818.016.314.613.011.417.515.73031.929.627.325.323.221.219.314.012.4注：其中1表示干温度计的读数；t一/为干湿温度计读数差：p以mmHg表示，1mmHg=133.332Pa.干湿温度计由“干”和湿”两根温度计组合而成，并刻有摄氏和华氏两种温标.干温度计直接测出室温下空气的温度，湿温度计的测温球上裹着湿纱布，纱布下端浸泡在水槽中，由于湿布上水蒸发需要吸热，所以湿温度计指示的温度要低于干温度计的示值：干湿两温度计的差值反映了环境空气中的湿度和实有水蒸气压的大小，两温度计的差值较大，说明湿布上水分蒸发较快，则湿度较低即水蒸气压较小，分别记录下干、湿温度计的摄氏温度示值！，并算出差值1一，利用干温度计读数！和差值一，查附表可得出空气中实有水蒸气压P

附表 干湿球温度计测定空气中实有水蒸气压对照表 (t-t曚)/曟 pw/mmHg t/曟 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 4灡6 4灡9 5灡3 5灡7 6灡1 6灡5 3灡7 4灡1 4灡4 4灡8 5灡2 5灡6 2灡9 3灡2 3灡6 3灡9 4灡3 4灡7 2灡1 2灡4 2灡7 3灡1 3灡4 3灡8 1灡3 1灡6 1灡9 2灡2 2灡6 2灡9 0灡5 0灡8 1灡1 1灡4 1灡8 2灡1 0灡3 0灡6 0灡9 1灡2 6 7 8 9 10 7灡0 7灡5 8灡0 8灡6 9灡2 6灡0 6灡5 7灡0 7灡5 8灡1 5灡1 5灡5 6灡0 6灡5 7灡0 4灡2 4灡6 5灡0 5灡5 6灡0 3灡3 3灡7 4灡1 4灡5 5灡0 2灡4 2灡8 3灡2 3灡6 4灡0 1灡6 1灡9 2灡3 2灡7 3灡1 1灡1 1灡4 1灡8 2灡2 0灡2 0灡6 0灡9 1灡3 11 12 13 14 15 9灡8 10灡5 11灡2 12灡0 12灡8 8灡7 9灡3 10灡0 10灡8 11灡5 7灡6 8灡2 8灡8 9灡5 10灡2 6灡5 7灡1 7灡6 8灡4 9灡1 5灡5 6灡0 6灡6 7灡2 7灡9 4灡5 5灡0 5灡5 6灡2 6灡7 3灡5 4灡0 4灡5 5灡0 5灡5 2灡6 3灡0 3灡5 4灡0 4灡5 1灡7 2灡1 2灡5 3灡0 3灡5 1灡2 1灡6 2灡0 2灡5 0灡3 0灡6 1灡1 1灡5 16 17 18 19 20 13灡6 14灡5 15灡5 16灡5 17灡6 12灡3 13灡1 14灡0 15灡0 16灡1 11灡0 11灡6 12灡0 13灡5 14灡6 9灡8 10灡5 11灡3 12灡1 13灡0 8灡5 9灡2 10灡0 10灡8 11灡6 7灡3 8灡1 8灡7 9灡4 10灡3 6灡2 6灡8 7灡5 8灡2 8灡9 5灡1 5灡7 6灡4 6灡9 7灡6 4灡0 4灡6 5灡2 5灡8 6灡4 3灡0 3灡6 4灡1 4灡6 5灡2 2灡0 2灡5 3灡0 3灡5 4灡1 21 22 23 24 25 18灡7 19灡8 21灡1 22灡4 23灡8 17灡1 18灡1 19灡3 20灡6 21灡9 15灡5 16灡5 17灡6 18灡8 20灡1 13灡9 14灡9 16灡0 17灡2 18灡3 12灡5 13灡4 14灡4 15灡5 16灡0 11灡1 12灡0 12灡9 14灡0 15灡0 9灡7 10灡6 11灡5 12灡4 13灡4 8灡5 9灡2 10灡1 11灡0 11灡9 7灡2 7灡9 8灡7 9灡5 10灡4 6灡0 6灡6 7灡4 8灡2 9灡1 4灡8 5灡4 6灡1 6灡9 7灡7 26 27 28 29 30 25灡2 26灡8 28灡4 30灡1 31灡9 23灡3 24灡8 26灡3 27灡9 29灡6 21灡4 22灡6 24灡2 25灡7 27灡3 19灡6 21灡0 22灡2 23灡7 25灡3 17灡8 19灡0 20灡3 21灡7 23灡2 16灡1 17灡3 18灡5 19灡8 21灡2 14灡5 15灡6 16灡8 18灡0 19灡3 13灡0 14灡0 15灡1 16灡3 17灡5 11灡4 12灡4 13灡4 14灡6 15灡7 9灡9 10灡9 11灡9 13.O 14灡0 8灡5 9灡4 10灡4 11灡4 12灡4 注:其中t表示干温度计的读数;t-t曚为干湿温度计读数差;pw 以 mmHg表示,1mmHg=133灡332Pa. 干湿温度计由“干暠和“湿暠两根温度计组合而成,并刻有摄氏和华氏两种温标.干温度计直接测出室温下 空气的温度.湿温度计的测温球上裹着湿纱布,纱布下端浸泡在水槽中.由于湿布上水蒸发需要吸热,所以湿 温度计指示的温度要低于干温度计的示值.干湿两温度计的差值反映了环境空气中的湿度和实有水蒸气压 的大小.两温度计的差值较大,说明湿布上水分蒸发较快,则湿度较低即水蒸气压较小. 分 别记录下干、湿温度计的摄氏温度示值t,t曚,并算出差值t-t曚,利用干温度计读数t和差值t-t曚,查附表 可得出空气中实有水蒸气压pw . 第4章 近代与综合性实验 ·143·

大学物理实验:144:使用前应检查湿温度计是否浸在水中，测温度时不要用手触摸温度计，不要靠得太近，以免引起温度变化而测不准4.4多普勒效应综合实验【引言】当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应.多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理和医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用.例如，原子、分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段.基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹、卫星和车辆等运动目标速度的监测.在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况、血液的流速等，电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的.本实验既可研究超声波的多普勒效应文可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态【实验目的】1.测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由频率-速度关系直线的斜率求声速2.利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看速度-时间关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：（1）自由落体运动，并由速度-时间关系直线的斜率求重力加速度（2）简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较（3）匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律【实验原理】1.超声波的多普勒效应根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为f=fo"tVicosal(4-4-1)u-Vzcosaz（4-4-1)式中f。为声源发射频率，u为声速，V，为接收器运动速率，V.为声源运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，α2为声源与接收器连线与声源运动方向声源f。a(O.a接收器Xy图4-4-1超声多普勒效应示意图之间的夹角，如图4-4-1所示若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速率V运动，则从（4-4-1）式可得接收器接收到的频率应为

使用前应检查湿温度计是否浸在水中.测温度时不要用手触摸温度计,不要靠得太近,以免引起温度变 化而测不准. 4.4 多普勒效应综合实验 暰引言暱 当波源和接收器之间有相对运动时,接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的 现象称为多普勒效应.多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理和医疗诊断等各方面都有 十分广泛的应用.例如,原子、分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽,称为多普 勒增宽,在天体物理和受控热核聚变实验装置中,光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大 气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段.基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用 于导弹、卫星和车辆等运动目标速度的监测.在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内 脏的活动情况、血液的流速等.电磁波(光波)与声波(超声波)的多普勒效应原理是一致的.本 实验既可研究超声波的多普勒效应,又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器,研究物 体的运动状态. 暰实验目的暱 1.测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系,验证多普勒效应,并由频率 速度关 系直线的斜率求声速. 2.利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度,查看速度 时间关系曲线,或 调阅有关测量数据,即可得出物体在运动过程中的速度变化情况,可研究: (1)自由落体运动,并由速度 时间关系直线的斜率求重力加速度. (2)简谐振动,可测量简谐振动的周期等参数,并与理论值比较. (3)匀加速直线运动,测量力、质量与加速度之间的关系,验证牛顿第二定律. 暰实验原理暱 1.超声波的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式,当声源与接收器之间有相对运动时,接收器接收到的频率 f为 f=f0 u+V1cos毩1 u-V2cos毩2 . (4灢4灢1) (4灢4灢1)式中f0 为声源发射频率,u为声速,V1 为接收器运动速率,V2 为声源运动速率,毩1 为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,毩2 为声源与接收器连线与声源运动方向 图4灢4灢1 超声多普勒效应示意图 之间的夹角,如图4灢4灢1所示. 若声源保持不动,运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速率V 运动,则从 (4灢4灢1)式可得接收器接收到的频率应为 ·144· 大学物理实验