声波衰减系数测量实验报告 - 图文

南昌大学物理实验报告

课程名称： 大学物理实验（下）_____________

实验名称： 声波衰减系数的测量_____________

学院： 信息工程学院 专业班级：

学生姓名： 学号： __

实验地点： 基础实验大楼B104 座位号： __

实验时间： 第1周星期三下午三点四十五分_______

一、实验目的： 1、熟悉、掌握仪器的使用方法。 2、测出声波在空气中声强衰减系数。 二、实验原理： 1. 声强与声压之间的关系 声波在介质传播过程中,其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为声波的衰减。声功率是指声源在单位时间内辐射的总声能量，常用W表示，单位为瓦。声功率是表示声源特性的一个物理量，声功率越大，表示声源单位时间内发射的声能量越大，引起的噪声越强。声强是指在声场中垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能，常以I表示，单位为瓦/平方米。声波在媒介中传播时，声强衰减如下式所示： 式中I0表示入射初始声强，Id为深入媒质d距离处的声强，?为衰减系数。 目前，在声学测量中，声强和声功率通常不易直接测量，往往要根据测出的声压通过换算来求得，故常用声压来衡量声音的强弱。声波在大气中传播时，引起空气质点的振动，从而使空气密度发生变化。在声波所达到的各点上，气压时而比无声时的压强高，时而比无声时的压强低，某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压，记为P，单位是帕斯卡。在自由声场中，声波传播方向上某点声强I与声压P、媒介特性阻抗Z存在如下关系： P2I? 2Z2.声压与电压关系 超声换能器的核心部件是压电陶瓷片。压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡)，在一定的温度下经极化处理制成的。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F时，在极化方向上产生一定的电场强度E。它们之间有一简单的线性关系E?gF。反之，当在压电材料的极化方向上加电场E时，材料的伸缩形变S与电场E也有线性关系S?kE，比例系数g、k称为压电常数，它与材料性质有关。 由于E和F、S和E之间具有简单的线性关系，因此，能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源。反过来，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。压电陶瓷超声换能器产生的超声波频率比较单纯，方向性强，基本上是一个平面波，这对于提高测量的精密度是有利的。 P?kU

3. 衰减系数的确定 由声强与声压的关系: P2 I?2Z 在声波传播时,声强衰减如下式所示: 声压与电压关系 P?kU 得 对其两边取对数则有： （1） 式中为?为衰减系数，可看出电压对数的两倍2lnUd与衰减系数?成线性关系。若测得n组电压数值，作如上处理。（1）式求得斜率即求得衰减系数?。 三、实验仪器： 声速测定仪、数字示波器、函数信号发生器、信号连接线 四、实验内容和步骤： 1. 调节信号源，示波器至最佳状态 信号源频率处于换能器共振频率附近，示波器显示信号波形大小合适，位置居中。 2. 将接收换能器从相距发射器30mm左右开始往后移动，连续捕捉波节处峰峰值，并记下各自相应的峰峰电压值和接收换能器位置。 3. 记录数据，制成曲线进行分析。

五、实验数据与处理： 信号发生频率:37.821KHz 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

峰值距离(mm) 33.53 37.32 42.02 46.66 51.42 56.06 60.75 65.51 70.13 74.84 79.52 84.23 89.97 93.68 98.20 103.01 107.81 112.50 118.00 121.67 126.39 131.23 136.01 141.45 146.50 149.70 154.50 159.24 163.78 168.60 173.16 177.78 182.33 186.75 191.95 196.55 201.51 峰峰值电压(mV) 2220 1980 1760 1420 1280 1140 980 900 860 800 740 720 680 660 620 600 580 580 560 540 520 500 460 440 380 360 336 336 320 312 312 304 280 272 304 312 296 2lnU 15.41 15.18 14.95 14.52 14.31 14.08 13.78 13.60 13.51 13.37 13.21 13.16 13.04 12.98 12.86 12.79 12.73 12.73 12.66 12.58 12.51 12.43 12.26 12.17 11.88 11.77 11.63 11.63 11.54 11.49 11.49 11.43 11.27 11.21 11.43 11.49 11.38

38 39 40 206.14 210.66 215.23 288 272 248 11.33 11.21 11.03 利用Excel进行拟合，结果如下： 由图可知，声波衰减系数??0.0211 六、误差分析： 1、信号发生器发射的信号不稳定，频率一直在缓慢增长。 2、标尺读数存在误差，未准确在波节处读数。空气介质受到外界环境的干扰 3、声波传递受到介质的影响、干扰。 七、实验总结： 声波在介质中传递时，会由于声束扩散、散射和吸收等原因而产生衰减。改变峰值距离时应该缓慢地移动，在移动到波节时，应等示波器示数稳定后再读取数据，可以减少误差。在移动过程中，信号源的发射频率会发生变化，在测量后期，随着距离的增大，电压反而增加。从拟合结果可以看出来，图像的中间部分拟合效果最好，因此在试验选择起始位置时不能太靠前也不能太靠后。

八、原始数据：

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