上海海洋大学大学测声波物理实验报告PAGE\*MERGEFORMAT１４2015-2016第二学期大学物理试验期末综述性小论文超声声速的测定学院：工程学院专业：机械设计制造及自动化学号：15222111522212152220915222101522213姓名：张钟鸣汪梦园陆军丁雨楠刘海媚指导老师：孔祥洪郭阳雪目录一.超声波的定义-------------------3二．超声波测定的原理--------------4超声波的延伸创新--------------5四．超声波与人类生活--------------71、海底声纳（汪梦园）距离测量2、超声波探伤器（张钟鸣）无损探伤3、B超（陆军）医学成像4、探地雷达和超声波在混凝土结构检测中的应用（丁雨楠）结构测量5、超声波清洗机（刘海媚）液位测量一.超声速的定义超声速即为速度超过声音在空气中的传播速度。可以在气体、液体、固体上传播。受到压强、密度、温度影响。超声速有可能会产生激波，激波就是在流体中以高于声速的速度传播并对流体产生压缩作用的波。气体中的激波最明显，受到压缩的气体与未受到压缩的气体之间有一个很薄的波阵面隔开。波阵面的前后压力比越大，激波就越强。气体、液体和固体介质中压强、密度和温度在波阵面上发生跃变的压缩波（冲击波）。当一系列压缩波在可压缩介质中传播时，介质受压的程度越高，压缩波传播的速度便越大，后来的压缩波在先前已被压缩的介质中传播，后面的波将追上前面的波。突跃变化发生在很薄的一层内，称激波层，其厚度为分子平均自由程量级，故可把激波近似当作没有厚度的强间断面。正激波前方的流动是超声速的，经过激波后变成亚声速，其压强、密度、温度均提高，总压下降，总温不变。这一特征符合热力学第二定律，即熵增原理，超声速流动经过激波后，部分机械能不可逆地转化为热能，标志是总压下降；但同时也符合能量守恒定律，总能量不变，即总温不变。激波越强，熵增越大。气体激波会在超声速飞行器上引起很大的阻力，称为波阻。管道（如超声速风洞、喷气发动机等）内的激波会降低设备效率。一般应采取措施，消除激波或减小其强度。二．超声速测定的原理在波动过程中，波速v、波长λ和频率f之间存在下列关系：V=fλ通过实验，测出波长λ和频率f，就可以求出声速v。谐振时，声波频率就是信号发生器输出频率。因此，声速测量的直接测量量就是声波的波长。常用的测量方法有驻波法和相位比较法两种。（已在PPT列出）三．超声波的延伸创新（张钟鸣、汪梦园）1.既然可以测空气中的声速，为什么不可以测水中的声速呢？如果可以测，声速是多少？原理：速度=路程/时间准备：一根100m长的水管,一个发声器,一个声音接收器,一个计时器发声器在水管的一面发声,接收器在另一面接收。发声规律：每隔3s（为了排除干扰）发一次,大概发声30次,结论：因为收到的声音应该是由空气,水管,水中,三种介质中传播过来的,而速度应该是空气>水管>水,所有前两个声音不要,从第三个声音开始计时,到最后一个声音计时结束,这时声音通过的全路程应该是100mX30次=3000m,时间应该为记录的时间30次中间的间隔时间,根据声速在海水中的传播数度大概为每秒1500m左右,所有得到的时间应该大于2s。该如何设置外部环境才能测到最准确的声速？1．共振干涉法（驻波法）测声速及超声波在空气中的衰减曲线⑴按图一接线，换能器上红插口接信号，黑插口接地；调整函数信号发生器、示波器为定量测量状态。⑵调节信号发生器输出频率，使其与S1上标示值大致相同，然后微调，直到示波器上幅度最大为止，此时显示的频率读数才是谐振频率。⑶调整发射换能器S1、S2端面与游标卡尺的移动方向相互垂直，调整后拧紧固定S1、S2的螺丝，以防测量过程中S1、S2的松动。由近而远改变S2位置，在示波器上观察并记录10个振幅最大值A0、A1、A2、„„A9，相应的10个位置L0、L1、L2、„„L9（注意要使用游标微调）。2．位相比较法（行波法）测声速⑴按图二接线，按下示波器面板两“X-Y”键，调节示波器两通道为垂直输入状态，屏幕上会观察椭圆或斜直线的李萨如图。⑵由近而远改变S2位置，在示波器上观察并记录10个同一斜率直线相应的10个位置L0、L1、L2、„„L9（注意要使用游标微调）。3.为什么实验中要求信号发生器的输出频率始终保持为谐振频率？因为只有当信号源的输出频率尽可能接近换能器系统的谐振频率时，发射换能器才能发射出较强的声波，同时接收换能器也才有较高的接收灵敏度，才能保证示波器能获得较强的信号。四．超声波与人类生活1、海底声纳（汪梦园）距离测量①定义：声呐装置一