物理实验第20卷第12期 一种非超声波测声速的方法 吴勇童培雄赵在忠刘贵兴仲仓戟马炯 (复旦大学物理系上海200433) 摘要介绍用简单器件在可闻声波范围内测量声速的方法,以及如何解决在实验过程中遇到的问题 关键词声速可闻声波反射阻尼振荡 减快慢由时间常数τ决定,2 1前言 如果在电路中串接一个扬声器,则在扬声 在测量声速实验中用可闻声波作为声源较器上得到阻尼振荡频率为∫的电压信号·因扬 少,一般都采用超声波而超声波的频率不在人声器电感较小,损耗电阻较大,为了增大电感 耳的听觉范围内,因此在我校自学物理实验课L,以满足R2<4/条件,保留原电路中电感 程中要求改用传声器、米尺等简单器件代替超L改变电容C、电感L可以改变振荡频率∫·如 声换能器等进行声速测量.选用声波的频率在果使方波信号周期Tn》T则扬声器就能间歇 300~3001,因为语言与音乐信号的主要频发出持续时间很短(约3ms)的声波·如图3中 率分量在此范围内.但用李萨如相位比较法测箭头1所指波形由于间歇时间长,不会因前次 得声速值却与实际值相差很大,用不同频率的发出声波的反射而影响后一次接收的声波最 声波测得声速的数据波动较大(数据略).经分后根据声音传播距离与时间得出声速值 析其主要原因是当声波的频率较低时,传播方 向性没有超声波好.波在传播过程中遇到周围 的障碍物发生反射,实际接收的波是直接入射 和经反射得到的叠加波.为了消除反射波的干 扰我们改进了实验方法,不使用相位比较法 而采用以下实验方法 图1振荡电路 实验原理 3实验内容 如图1所示,在电阻R、电感L、电容C组 成电路中,输入方波信号后,电路进入不稳定的 如图2所示,RC电路中的电感L是一个 瞬态过程,当R2<4/时,电路中产生阻尼振 绕有800匝漆包线的方形线圈,L约为2mH C为0.3~6μF·方波信号周期T。为0.1s左 荡,振荡角频率为 右.扬声器上取出电压信号输入到数字示波器 CH1(通道1)上,在正对扬声器远处放上传声 器,并将接收的声波信号输入到示波器CH2 其中电阻R为电感损耗电阻与信号发生器内(通道2)上·调节1EVE”使波形同步,在示 阻的总和,振荡幅)随时间按指数规律衰减,衰波器上测得如图3所示波形.图中箭头1所指 ∴选做大学一年级自学物理实验的学生 2 01995-2005 T singhua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved.一种非超声波测声速的方法 吴 勇Ξ 童培雄 赵在忠 刘贵兴 仲仓戟3 马 炯ΞΞ (复旦大学物理系 上海 200433) 摘 要 介绍用简单器件在可闻声波范围内测量声速的方法, 以及如何解决在实验过程中遇到的问题Ζ 关键词 声速 可闻声波 反射 阻尼振荡 1 前 言 在测量声速实验中用可闻声波作为声源较 少, 一般都采用超声波Ζ而超声波的频率不在人 耳的听觉范围内, 因此在我校自学物理实验课 程中要求改用传声器、米尺等简单器件代替超 声换能器等进行声速测量Ζ 选用声波的频率在 300～ 3000H z, 因为语言与音乐信号的主要频 率分量在此范围内Ζ 但用李萨如相位比较法测 得声速值却与实际值相差很大, 用不同频率的 声波测得声速的数据波动较大(数据略) Ζ 经分 析其主要原因是当声波的频率较低时, 传播方 向性没有超声波好Ζ 波在传播过程中遇到周围 的障碍物发生反射, 实际接收的波是直接入射 和经反射得到的叠加波Ζ 为了消除反射波的干 扰, 我们改进了实验方法, 不使用相位比较法, 而采用以下实验方法Ζ 2 实验原理 如图 1 所示, 在电阻 R、电感L 、电容 C 组 成电路中, 输入方波信号后, 电路进入不稳定的 瞬态过程, 当 R 2 < 4L öC 时, 电路中产生阻尼振 荡, 振荡角频率为 Ξ = 1 L C 1 - R 2 C 4L 其中电阻 R 为电感损耗电阻与信号发生器内 阻的总和, 振荡幅度随时间按指数规律衰减, 衰 减快慢由时间常数 Σ决定, Σ= 2L öR Ζ 如果在电路中串接一个扬声器, 则在扬声 器上得到阻尼振荡频率为 f 的电压信号Ζ 因扬 声器电感较小, 损耗电阻较大, 为了增大电感 L , 以满足 R 2 < 4L öC 条件, 保留原电路中电感 L Ζ改变电容C、电感L 可以改变振荡频率f Ζ如 果使方波信号周期 T nµ Σ, 则扬声器就能间歇 发出持续时间很短(约 3m s) 的声波Ζ 如图 3 中 箭头 1 所指波形Ζ由于间歇时间长, 不会因前次 发出声波的反射而影响后一次接收的声波, 最 后根据声音传播距离与时间得出声速值Ζ 图 1 振荡电路 3 实验内容 如图 2 所示, RL C 电路中的电感L 是一个 绕有 800 匝漆包线的方形线圈, L 约为 20m ∋ Ζ C 为 013～ 6ΛFΖ 方波信号周期 T n 为 011s 左 右Ζ 扬声器上取出电压信号输入到数字示波器 CH 1 (通道 1) 上, 在正对扬声器远处放上传声 器, 并将接收的声波信号输入到示波器 CH 2 (通道 2) 上Ζ 调节“L EV EL ”使波形同步, 在示 波器上测得如图 3 所示波形Ζ 图中箭头 1 所指 物理实验 第 20 卷 第 12 期 3 Ξ ΞΞ 99 级选做大学一年级自学物理实验的学生 98 级选做大学一年级自学物理实验的学生 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved