石河子大学师范学院物理系 近代物理实验讲义 声速测定 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它是纵波频率小于20H的声波为次声波，频率在20Hz 20k业的为可闻声波，大于20k业为超声波。超声波具有波长短、易于定向发射等优点，而且超声波 在媒质中的传播速度与媒质的特性和状态有关，通过媒质中声波的测定可了解媒质的特点。声波特性的 测量是声学技术中的重要内容，特别是声速的测量，在定位、探伤、测距等应用中都具有重要的意义。 【实验目的】 1,了解超声波产生和接收原理及换能器的原理和功能 2.掌握用共振干涉法和相位比较法测最声速。 3.进一步熟悉示波器和音频信号发生器的功能和使用方法。 【实验器材】 DHSV系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源。 1.超声声速测定装置 该装置由换能器和游标卡尺及支架构成。换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，压电陶瓷片 (如钛酸钡、钻钛酸铅等)是由具有多晶结构的压电材料做成的，在一定的温度下经极化处理后，它具 有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力时，在极化方向上产生一定的电场强 度，它们之间有线性关系：反之，当极化方向一致的外加电压加在压电材料上时，材料的伸缩形变与电 压也存在者线性关系，这样我们就可以将正弦交流电信号转变成压电材料纵向长度的伸缩，成为声波的 波源，同样也可以将声压变化转变为电压的变化，用来接收声信号。 在压电陶瓷片的前后两端胶粘两块金属，组成夹心型板子。头部用轻金属做成喇叭形，尾部用重金 屈做成锥成或柱形，中部为压电陶瓷圆环，紧固螺钉穿过环中心。这种结构增大了辐射面积，增强了振 子与介质的耦合作用，由于振子是以纵向长度的伸缩直接影响前部轻金属做同样的纵向长度伸缩（对尾 部重金属作用小)，这样所发射的波方向性强，平面性好。 换能器有一谐振频率，当外加声波信号的频率等于此频率时，陶瓷片将发生机械谐振，得到最强 的电压信号，此时换能器具有最高的灵敏度：反过来，当输入的电压使换能器产生机械谐振时，作为波 源将具有最强的发射功率。 2.示波器及信号源 参见“示波器的说明书”。 【实验原理】 测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播距离L和所需的时间1，由v=算出声速：二石河子大学师范学院物理系 近代物理实验讲义 声速测定 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它是纵波。频率小于20 Hz 的声波为次声波，频率在20 Hz～ 20 kHz 的为可闻声波，大于 20 kHz 为超声波。超声波具有波长短、易于定向发射等优点，而且超声波 在媒质中的传播速度与媒质的特性和状态有关，通过媒质中声波的测定可了解媒质的特点。声波特性的 测量是声学技术中的重要内容，特别是声速的测量，在定位、探伤、测距等应用中都具有重要的意义。 【实验目的】 1．了解超声波产生和接收原理及换能器的原理和功能 2. 掌握用共振干涉法和相位比较法测量声速。 3．进一步熟悉示波器和音频信号发生器的功能和使用方法。 【实验器材】 DHSV 系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源。 1．超声声速测定装置 该装置由换能器和游标卡尺及支架构成。换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，压电陶瓷片 （如钛酸钡、锆钛酸铅等）是由具有多晶结构的压电材料做成的，在一定的温度下经极化处理后，它具 有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力时，在极化方向上产生一定的电场强 度，它们之间有线性关系；反之，当极化方向一致的外加电压加在压电材料上时，材料的伸缩形变与电 压也存在着线性关系，这样我们就可以将正弦交流电信号转变成压电材料纵向长度的伸缩，成为声波的 波源，同样也可以将声压变化转变为电压的变化，用来接收声信号。 在压电陶瓷片的前后两端胶粘两块金属，组成夹心型板子。头部用轻金属做成喇叭形，尾部用重金 属做成锥成或柱形，中部为压电陶瓷圆环，紧固螺钉穿过环中心。这种结构增大了辐射面积，增强了振 子与介质的耦合作用，由于振子是以纵向长度的伸缩直接影响前部轻金属做同样的纵向长度伸缩（对尾 部重金属作用小），这样所发射的波方向性强，平面性好。 换能器有一谐振频率ƒ0，当外加声波信号的频率等于此频率时，陶瓷片将发生机械谐振，得到最强 的电压信号，此时换能器具有最高的灵敏度；反过来，当输入的电压使换能器产生机械谐振时，作为波 源将具有最强的发射功率。 2．示波器及信号源 参见“示波器的说明书”。 【实验原理】 测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播距离 L 和所需的时间t ，由 t v = L 算出声速v ；二 1