声速的测量 思考题及解答
为什么需要在驻波系统共振状态下进行声速的测量
因为当驻波偏离共振状态时,驻波的形状不稳定且声压腹的振幅比共振时达到的
最大值小得多,当驻波系统处于共振,这时驻波腹出现稳定的最大振幅。
2.用“驻波共振法”测波长时,如何调出示波器上正弦波形?
⑴示波器“Y轴衰减”旋钮应置于较小数值档。
⑵移动接收器S2时,荧光屏上宽带的宽度应变化。如不变,可交换输入到示波
器的两接线柱位置,或交换输入到发射器S1的两接线柱位置。
⑶调节扫描频率即可调出正弦波。
3.用“相位比较法”测波长时,如何调出椭圆或直线?
⑴接收器S2接收到的信号应从示波器“X输入”端输入,发射器S1信号应输入到示波器“Y轴输入”端,且“Y轴衰减”旋钮应置于较大数值档。
⑵如果还不能出现椭圆或直线,可交换S1或S2两接线柱位置。
4.用“驻波共振法”和“相位比较法”测波长时,如严格按上述方法操作,还是调不出应有波形,怎么办?
此时可能是连接导线断路或接头接触不好,应用万用电表欧姆档对每根导线进行检查,确保每根导线无断裂,各个接头接触良好。
5.为什么在实验过程中改变S1、S2间距离时,压电换能器S1和S2两表面应保持互相平行且正对?不平行会产生什么问题?
因为只有当S1S2表面保持互相平行且正对时,S1S2间才可能形成驻波,才会出现波腹和波节,S2表面才会出现声压极大值,屏幕上才会出现正弦波振幅发生变化,由此可测超声声波波长。
如果S1、S2表面不平行,则S1、S2间形不成驻波,屏幕上正弦波振幅不会发生变化,就能用驻波共振法测波长,故实验中必须使S1、S2表面平行。
6.如何调节与判断测量系统是否处于共振状态?
使用驻波共振法,当示波器上出现振幅最大正弦波时,表示S1、S2间处于驻波共振状态。调节方法是移动S2,观察示波器上正弦波振幅变化。
7.使用“驻波共振法”测声速时,为什么示波器上观察到的是正弦波而不是驻波?
因为驻波是在发射器S1与接收器S2间形成,接收器S2接收到的是一个声压信号,在驻波波节位置,声压信号最强,输入到示波器Y偏转板,经X偏转板扫描,故示波器上观察到的是正弦波。
8.使用“驻波共振法”测声速时,示波器上观察到的正弦波振幅为什么随S1S2间距增大而越来越小?
这是因为超声波在空气中传播时,由于波动能量总有一部分会被空气吸收,波的
机械能会不断减少,波强逐渐减弱,振幅逐渐减少。
9.用“相位比较法”测声速时,为什么只有当李萨如图为直线时才读数?
因为李萨如图形为椭圆时,由于椭圆形状、大小不确定,接收器S2位置难以确定。只有当李萨如图形为直线时,图形直观唯一,容易确定S2位置。
10.测声速时,“驻波共振法”与“位相比较法”两种电路可交换吗?
不能。因为驻波共振法只把接收器S2接收到的信号输入到示波器Y偏转板,观
察到的是正弦波信号。而位相比较法把接收器S2信号输入示波器X偏转板,发射器S1
信号输入到Y偏转板,观察到的是李萨如图形。
11.为何两种方法均测半波长值而不直接测波长值?
因为超声波在空气中有衰减,如果直接测波长值,测得数据个数少,由于衰减,
后面数据测不出来。而测半波长,数据个数多,又便于用逐差法处理数据,减少
测量误差。