附件四
2009年物理实验中心开放通知
在大学物理实验教学过程中,一些同学觉得实验结果不够理想,希望重做实验;一些同学因故错过了一些实验项目,希望补做实验;还有一些同学希望选做更多的实验项目.为了满足这些同学的要求,物理实验中心定于本学期的第12-16周(11月16日-12月19日)利用课余时间对外开放.具体内容与要求如下:
开放对象:1,本学期开设物理实验的学生;2,未开设大学物理实验的同学可以进入实验室了解及选做部分物理实验,但应事先预约并征得实验老师的同意.
开放实验项目:物理实验中心的全部实验项目.
时间:第12-16周每周六的上午8.30-11.30.
地点:校本部2号实验楼C座5楼.
值班老师安排:11月21日:李海东,王芳,11月28日:李海东,王芳,12月5日:朱双美,肖海霞,12月12日:朱双美,肖海霞,12月19日:李海东,王芳.
要求:学生要对实验内容提前预习,实验过程应遵守实验室有关规定和实验老师要求,实验结束后要上交实验报告.
数理科学系 物理实验中心
2009年11月20日
物理实验中心2010年开放实验项目
本着培养学生的动手能力,分析问题与解决问题的能力,创新意识与创新能力的原则,结合实验中心的具体条件,将如下项目作为物理实验中心2010年物理实验开放项目:
实验一 声速的测量
【实验目的】
1,掌握用不同方法测定声速的原理和技术.
2,加深理解驻波和相位的概念.
3,进一步熟悉示波器和信号源的使用方法.
4,了解发射和接收超声波的原理和方法.
5,加深对纵波波动和驻波特性的理解.
6,巩固用逐差法处理数据.
8,了解不同的介质对声速的影响
【实验器材】
声速测定仪;示波器,低频信号发生器,水,油.
【实验原理】
一,超声波的产生与接收
超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成.压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换,它主要由压电陶瓷环片,轻金属铝(做成喇叭形状,增加辐射面积)和重金属(如铁)组成.超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应,在交变电压作用下,压电陶瓷纵向长度周期性地伸,缩,产生机械振动而在空气中激发出超声波.超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化.
压电换能器系统有其固有的谐振频率f0,当输入电讯号的频率接进谐振频率时,压电换能器产生机械谐振,等于谐振频率时,它的振幅最大,作为波源其辐射功率就最大;当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时,它作为接收器转换的电讯号最强,即灵敏度最高.
本实验中,压电换能器的谐振频率在35k～39kHz范围内,相应的超声波波长约为1cm.由于波长短,而发射器端面直径比波长大得多,因而定向发射性能好,离发射器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波.
二,测量声速的实验方法
声波的传播速度可以由声波频率f和波长
(1)
其中声波频率可由信号发生器的显示屏读出,实验中的主要任务就是测声波波长,可以用下面两种方法测量:
共振干涉法
测量装置如图1所示(仅观察CH1的信号),由于压电换能器发出的超声波近似于平面声波,当接收器端面垂直于波的传播方向时,从接收端面反射的波与入射波迭加,迭加的波可以近似看作具有驻波和行波的特征,反射面处为媒质振动位移的波节.由纵波的性质可以证明,"位移节"处是声压的波腹,也即反射面为"声压腹".
图l
对于固定位置的发射器S1,沿声波传播方向移动接收器S2时,接收端面声压的变化和接收器位置的关系可从实验中测出,如图2所示.当接收器处于一系列特定位置上时,媒质中出现稳定的驻波共振现象,此时接收面上的声压达到极大值.可以证明,接收面两相邻声压极大值之间的距离,即为半波长/2.(相邻两极小值之间的距离也为/2,但极小值不如极大值尖锐.)因此,若保持频率不变,通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面所移动的距离,求得,就可以用式(1)计算声速.
图2
2.位相比较法
波是振动状态的传播,也可以说是位相的传播.沿传播方向上的任何两点,如果其振动状态相同,即两点的位相差为的整数倍,这时两点间的距离应等于波长的整数倍.即
(为一正整数) (2)

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