91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

摘要：本文以蒸餾水和自來(lái)水為例，利用時(shí)差法測(cè)量了超聲波在液體中的傳播特性，同時(shí)給出了超聲波在不同溫度下聲速與溫度的關(guān)系曲線圖，對(duì)進(jìn)一步研究超聲波的特性有一定的參考價(jià)值。
論文關(guān)鍵詞：溫度,聲速,超聲波,時(shí)差法

　　超聲波是一種研究液體分子物理特性及其化學(xué)特性的簡(jiǎn)易方法，早在20世紀(jì)70年代人們就重視用超聲波進(jìn)行液體分子物理及其相關(guān)性質(zhì)的研究[1-5]，90年代又有不少研究報(bào)道[6-9]。但是聲速隨溫度變化復(fù)雜，需要我們做進(jìn)一步的探索。本文利用時(shí)差法來(lái)測(cè)量了超聲波在液體中的傳播特性。下面具體介紹利用超聲波測(cè)定聲波在水中的傳播速度隨溫度變化的測(cè)量原理和測(cè)量方法。

　　2實(shí)驗(yàn)原理

　　2.1 時(shí)差法測(cè)量聲速

　　時(shí)差法測(cè)量聲速是利用已知聲波傳播的距離，測(cè)量發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間差。

　　計(jì)算出聲速在液體中的傳播速度，即 [10] （1）

　　

　　其中▽L的是位移之差，▽T是傳播所用的時(shí)間。

　　在儲(chǔ)液槽中注入液體，直至將換能器完全浸沒(méi)，但不能超過(guò)液面線。注意：注入液體時(shí)，不能將液體淋在數(shù)字顯示表頭上。將專用信號(hào)源上的“聲速傳播介質(zhì)”置于“液體”位置，換能器的連接端應(yīng)在接線盒上的“液體”專用插座上。

　　測(cè)量液體聲速時(shí)，由于在液體中聲波的衰減較小，因而存在較大的回波疊加，并且在相同頻率的情況下，其波長(zhǎng)要大得多，用駐波法和相位法測(cè)量時(shí)可能會(huì)有較大的誤差，所以建議采用時(shí)差法測(cè)量。

　　2.2 陶瓷換能器工作原理

　　頻率在20Hz～20kHz的機(jī)械波振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播就形成超聲波超過(guò)

　　20KH超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波長(zhǎng)短，易于定

　　向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)[11]，聲速實(shí)驗(yàn)聲速所采用的聲波頻率一般都在20~60kHz之間。此

　　頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器，接收效果最佳。壓電陶

　　瓷換能器根據(jù)它的工作方式，分為縱向（振動(dòng)）換能器。聲速教學(xué)實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)

　　采用縱向換能器。圖3為縱向換能器的結(jié)構(gòu),用示波器觀察波谷和波峰，或觀察兩個(gè)波間的相位差，原理是正確的，但讀數(shù)位置不易確定。較精確測(cè)量聲速是用聲波時(shí)差法。時(shí)差法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，它是將經(jīng)脈沖調(diào)制的電信號(hào)加到發(fā)射換能器上，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過(guò)時(shí)間后，到達(dá)距離處的接收陶瓷換能器圖2

　　

　　3 實(shí)驗(yàn)方法

　　3.1 時(shí)差法測(cè)量聲速操作方法

　�。�1）實(shí)驗(yàn)時(shí)只要按圖3連接中換能器的S2該接在信號(hào)源的S2上，再把信號(hào)源上的Y1,Y2順次與示波器上的Y1,Y2接通即可。

　�。�2）將測(cè)試方法設(shè)置到脈沖波方式，將換能器的S1,S2調(diào)節(jié)到一定距離，在調(diào)解接收增益，使得顯示的時(shí)間差值讀數(shù)穩(wěn)定，此時(shí)儀器內(nèi)置的計(jì)數(shù)器工作在最佳狀態(tài)，記錄此時(shí)的距離值和時(shí)間值。移動(dòng)S2，如果計(jì)時(shí)器讀數(shù)有跳變，則微調(diào)接收增益（距離大時(shí)，順時(shí)針調(diào)節(jié)；距離小時(shí)，逆時(shí)針調(diào)節(jié)），使得計(jì)數(shù)器連續(xù)穩(wěn)定的變化。

　�。�3）將測(cè)試方法設(shè)置到脈沖波方式。

　�。�4）在儀器使用前，開(kāi)啟電源預(yù)熱15min。接通市電后，自動(dòng)工作在連續(xù)波方式，選擇蒸餾水為介質(zhì)。“傳播介質(zhì)”按鈕選擇液體。

　　（5）將S1和S2之間的距離調(diào)到一定距離（≥50mm），再調(diào)節(jié)接收增益，使示波器上顯示的接收波信號(hào)幅度在400mV左右（峰—峰值），以使計(jì)時(shí)器工作在最佳狀態(tài)。然后記錄此時(shí)的距離值和顯示的時(shí)間值Li、(時(shí)間由聲速測(cè)試儀信號(hào)源時(shí)間顯示窗口直接讀出)。保持距離不變隨著溫度的逐漸降低，記錄下當(dāng)時(shí)的時(shí)間值。

　�。�6）當(dāng)使用液體為介質(zhì)測(cè)試聲速時(shí)，先在測(cè)試槽中注入液體，直到把換能器完全浸沒(méi)，但不能超過(guò)液面線。然后將信號(hào)源面板上的介質(zhì)選擇鍵切換至“液體”，并將連線接至插入接線盒的“液體”接線孔中，即可進(jìn)行測(cè)試，步驟與上相同。

　　3．2時(shí)差法線路連接圖

　　

　　4 記錄數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理

　　4.1 記錄數(shù)據(jù)

　　測(cè)量次數(shù)i 溫度T （℃ ） 距離L （ ㎜ ） 時(shí)間t （us）

　　1 20 216.51 164

　　2 27 216.51 163

　　3 36 216.51 162

　　4 48 216.51 161

　　5 59 216.51 160

　　6 70 216.51 159

　　7 73 216.51 158

　　表1蒸餾水中溫度與速度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)

　　測(cè)量次數(shù)i 溫度T （℃ ） 距離L （ ㎜ ） 時(shí)間t （us）

　　1 20 216.51 144

　　2 30 216.51 143

　　3 40 216.51 142

　　4 54 216.51 141

　　5 58 216.51 140

　　6 62 216.51 139

　　7 66 216.51 138

　　8 70 216.51 137

　　9 73 216.52 136

　　表2自來(lái)水中溫度與速度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)記錄

　　4.2數(shù)據(jù)處理

　　由時(shí)差法速度由計(jì)算公式[10]可得。

　　例如V=L/t=216.51/164=1320m/s其余計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：

　　測(cè)量次數(shù)i 溫度T （℃ ） 距離L（㎜） 時(shí)間t （us） 速度v(m/s)

　　1 20 216.51 164 1320

　　2 27 216.51 163 1328

　　3 36 216.51 162 1336

　　4 48 216.51 161 1344

　　5 59 216.51 160 1353

　　6 70 216.51 159 1362

　　7 73 216.51 158 1370

　　表3蒸餾水中溫度與速度實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)處理

　　測(cè)量次數(shù)i 溫度T （℃） 距離L（ ㎜ ） 時(shí)間t （us） 速度v(m/s)

　　1 20 216.51 144 1490

　　2 30 216.51 143 1510

　　3 40 216.51 142 1517

　　4 54 216.51 141 1530

　　5 58 216.51 140 1542

　　6 62 216.51 139 1557

　　7 66 216.51 138 1568

　　8 70 216.51 137 1580

　　9 73 216.51 136 1592

　　表4自來(lái)水中溫度與速度實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理

　　4.3繪制曲線圖

　　

　　5實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論

　　本文利用時(shí)差法測(cè)量超聲波在液體中聲速的傳播特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理簡(jiǎn)單，方法可行，測(cè)量結(jié)果精確度高。本文以蒸餾水和自來(lái)水為例。檢測(cè)了水在20～73℃溫度范圍超聲波在水中聲速與溫度關(guān)系的傳播特性。給出了不同溫度下速度與溫度的關(guān)系曲線圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著溫度的升高聲速變大。雖然在同一溫度范圍內(nèi)測(cè)量聲速,但自來(lái)水和蒸餾水中的變化趨勢(shì)明顯不同,蒸餾水中聲速變化均勻，而自來(lái)水中聲速隨溫度變化較復(fù)雜，在20～55℃聲速變化較緩慢。55～73℃聲速變化較快。這與它們的成分不同有關(guān)，自來(lái)水中成分復(fù)雜。這其中主要因素主要是因?yàn)樯⑸�、衰減、吸收、外界因素等。為完善檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)提供了參考。從資料中可知，當(dāng)外界壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓時(shí)，超聲波在水中的聲速先是由溫度的升高而變大，直至溫度達(dá)到73℃時(shí)為止，然后隨溫度的繼續(xù)升高而減少[12]。由于實(shí)驗(yàn)條件所制，本實(shí)驗(yàn)無(wú)法測(cè)量73℃以后聲速隨溫度的變化關(guān)系。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　結(jié)果表明，在自來(lái)水和蒸餾水中聲速隨溫度的升高而增加，而且自來(lái)水中的聲速比蒸餾水中的聲速大。且在同一溫度變化范圍內(nèi)，自來(lái)水中比在蒸餾水中聲速的變化趨勢(shì)大，本文利用超聲波采用時(shí)差法測(cè)定蒸餾水和自來(lái)水的速度，拓寬了液體速度的測(cè)量方法。從測(cè)試結(jié)果可以看出，這種測(cè)量液體的方法確實(shí)可靠，在教學(xué)中可以把這種方法介紹給學(xué)生，使他們學(xué)會(huì)用不同的儀器，不同的方法來(lái)測(cè)量液體的速度，從而培養(yǎng)他們發(fā)散思維能力，應(yīng)用只是解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)
[1] 陸遷濟(jì)、胡德敬等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996.
[2] 邱淑榮、王不紅、文立軍.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].河南：科學(xué)教育出版社，1999.
[3] 林杼，龔鎮(zhèn)雄.普通物理實(shí)驗(yàn).北京：人民教育出版社，1982.142.
[4] 楊述武,楊家駿，薛士平，等.普通物理實(shí)驗(yàn)（力學(xué).熱學(xué)部分）.北京:高等教育出版社,1984.137.
[5] Albergtti J C Speed of sound by a time-of-flight method[J].Am J Phys,1981,49:595.
[6] Ouseph P J,LINK J J.variation of speed sound in air with temperature[J].Am J Phys,1984,52(7):661.
[7] Eddy J K,Fox J N,Gaggini N W,et al.The valcity of sound in a closed tube[J].Am J phys,1987,55(1):1136.
[8] 吳中英.關(guān)于利用Raman-Nath衍射效應(yīng)測(cè)聲速問(wèn)題[J].物理實(shí)驗(yàn),1987,7(4):152.
[9] 周益盛.用超聲干涉儀測(cè)不同溫度下液體內(nèi)的聲速[J].物理實(shí)驗(yàn),1984,4(5):205.
[10] 童建平. 時(shí)差法測(cè)量?jī)x的研制.傳感器技術(shù).2004,23(1).