声速的测量的实验原理和应用_示波器的原理和使用声速测量实验报告.docx
示波器的原理和使用声速测量实验报告.docx
示波器的原理和使用、声速测量一实验目的1了解示波器的基本结构及其工作原理，学习并掌握示波器的基本使用方法2学习电信号有关参数的基本概念及其测量3了解声波在空气中传播速度和气体状态参量的关系4了解超声波产生和接收的原理，学习用相位法测量空气中的声速二实验原理1示波器的工作原理(阴极射线示波管)由电子枪发出电子，电子经由竖直偏转板组成的偏转系统后，运动方向发生偏转，最终打在涂有荧光粉的荧光屏上，形成光斑。在竖直偏转板上加上一定的电压信号后，再在水平偏转板上加一扫描电压，使光斑沿水平方向拉开，即可在荧光屏上显示竖直偏转板所加的电压波形，此时X和Y方向上电压的周期应相等。2利萨如图形如果在示波器的X和Y输入端同时输入频率相同或成简单整数比的两个正弦波信号，则屏幕上的光斑将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为利萨如图形。频率比不同时将形成不同的利萨如图形。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数NX和NY，便可算出另一待测信号的频率。3空气中的声速在温度为T℃、相对湿度为R的空气中，声速为M/SPRTTVS3101534相位法测量声速声波的传播速度与声波频率的关系为VFΛ只要测出声波的频率F及波长Λ，便可求出声速V。其中声波频率F可通过测量声源的振动频率直接得到，波长Λ可以利用相位法来测量。波是震动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同(同向)或者说其相位差为2Π的整数倍，这是两点间的距离应等于波长Λ的整数倍，即LNΛN为正整数利用此关系式可精确地测量波长。三实验仪器1TBS1102BEDU数字示波器、AFG1062型函数信号发生器和自制多波形信号发生器2声波发生器、超声波接收器和数显游标卡尺四实验步骤1波形观测分别用自制多波形信号发生器输出正弦波、三角波、方波和尖峰波，用示波器显示输出信号，读出峰峰值、周期和频率，并计算出有效值。2观察利萨如图形将函数信号发生器的A、B两路正弦信号输入到示波器两个输入端调出FXFY11，并分别调两稳定波形后合成利萨如图。调整其中一个波的相位，使两波的相位差分别为0，Π/4，Π/2，3Π/4，Π，观察并记录示波器上的图形。调整频率，使FXFY21，并重复上述过程。3声速测量①记录室温T1和相对湿度R1。②将函数信号发生器的输出端A路与声波发射器的输入端及示波器的CH1相连，将超声波接收器的输出端与示波器的CH2相连。函数信号发生器置于正弦波输出，输出幅度10V左右。接线时注意红色为信号线，黑色为地线。③用示波器观察加在声波发生器上的电信号，先将信号发生器的频率调节到40KHZ，然后细调频率，使接收器输出信号最大，并记录下此频率，即为超声波频率。④用相位法测波长。将示波器设置为XY工作方式，利用利萨如图找出同相位点来求波长。每遇一个同相点，测一次接收器的位置X，连续测20个数据X1,X2,,X20,则可得出波长进而得到声速的实验值。⑤再次记录室温T2和相对湿度R2，然后查出平均室温对应的饱和蒸汽压，计算声速的理论值。4研究方波与三角波、尖脉冲之间的关系①从电容器的充放电波形到三角波按照右图连接电路，当电源E通过电阻R对电容C充电时，电容C上的电压变化，当T0时，UC0；当T∞时，UCE。用函数信号发生器输出方波U峰峰值约5V，F1KHZ，加在由RC组成的电路上。R10KΩ，C≈001ΜF。用示波器同时观察U及UC的波形。然后缓慢提高方波U的频率，观看UC的波形变化及幅度变化情况，记录变化规律及前后的频率、电阻及电容等参数。固定U的频率，将R数值由小变大，作同样的观测。②尖脉冲产生原理研究将方波加在右图的电路上。若U是方波，则UR为脉冲波，用示波器同时观察U与UR的波形。实验中取C≈001ΜF，R200Ω，方波信号频率F1KHZ。实验中改变F或R,观察波形变化。5相位变化的观测观测右图中R改变时，U0与UI之间的相位变化。UC与UR两者在相位上相差90°。R实际上并不能到∞，它又有少许电感，因此相位差变化范围始终比0Π略小。实验中，UI正弦信号频率取F5KHZ，取C≈001ΜF，R用电阻箱。先在KΩ量级改变R，定性观测U0与UI之间的相位差Φ的变化，然后记录R0，∞Ω时的Φ值及Φ90°时的R值，将测量结果与理论计算值比较。C的实际值标在仪器上。五数据处理1波形观测峰峰值UPPV周期TUS频率FKHZ有效值UEFFV正弦波272786012720962三角波40078401276115方波12078101280600尖峰波1227770128723声速测量共振频率40390KHZ室温T1280℃T2280℃湿度R1450％R2459％接收器位置X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10读数MM247117020672950382346955557642172988168X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20898298621073511618124811329214047149511579916682用逐差法计算X11X18735MMX16X68597MMX12X28692MMX17X78490MMX13X38668MMX18X88550MMX14X48668MMX19X98501MMX15X58658MMX20X108514MM∴Λ8735869286688668865885978490855085018514/1008607MMS10Λ08855MMΔ10Λ06343MM
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