聲速的測量 思考題及解答1.為什麼需要在駐波系統共振狀態下進行聲速的測量 因為當駐波偏離共振狀態時，駐波的形狀不穩定且聲壓腹的振幅比共振時達到的最大值小得多，當駐波系統處於共振，這時駐波腹出現穩定的最大振幅。2.用“駐波共振法”測波長時，如何調出示波器上正弦波形？ ⑴示波器“Y軸衰減”旋鈕應置於較小數值檔。 ⑵移動接收器S2時，熒光屏上寬頻的寬度應變化。如不變，可交換輸入到示波器的兩接線柱位置，或交換輸入到發射器S1的兩接線柱位置。 ⑶調節掃描頻率即可調出正弦波。3.用“相位比較法”測波長時，如何調出橢圓或直線？ ⑴接收器S2接收到的訊號應從示波器“X輸入”端輸入，發射器S1訊號應輸入到示波器“Y軸輸入”端，且“Y軸衰減”旋鈕應置於較大數值檔。 ⑵如果還不能出現橢圓或直線，可交換S1或S2兩接線柱位置。4.用“駐波共振法”和“相位比較法”測波長時，如嚴格按上述方法操作，還是調不出應有波形，怎麼辦？ 此時可能是連線導線斷路或接頭接觸不好，應用萬用電表歐姆檔對每根導線進行檢查，確保每根導線無斷裂，各個接頭接觸良好。5.為什麼在實驗過程中改變S1、S2間距離時，壓電換能器S1和S2兩表面應保持互相平行且正對？不平行會產生什麼問題？因為只有當S1S2表面保持互相平行且正對時，S1S2間才可能形成駐波，才會出現波腹和波節，S2表面才會出現聲壓極大值，螢幕上才會出現正弦波振幅發生變化，由此可測超聲聲波波長。如果S1、S2表面不平行，則S1、S2間形不成駐波，螢幕上正弦波振幅不會發生變化，就能用駐波共振法測波長，故實驗中必須使S1、S2表面平行。6.如何調節與判斷測量系統是否處於共振狀態？ 使用駐波共振法，當示波器上出現振幅最大正弦波時，表示S1、S2間處於駐波共振狀態。調節方法是移動S2，觀察示波器上正弦波振幅變化。7.使用“駐波共振法”測聲速時，為什麼示波器上觀察到的是正弦波而不是駐波？ 因為駐波是在發射器S1與接收器S2間形成，接收器S2接收到的是一個聲壓訊號，在駐波波節位置，聲壓訊號最強，輸入到示波器Y偏轉板，經X偏轉板掃描，故示波器上觀察到的是正弦波。 8.使用“駐波共振法”測聲速時，示波器上觀察到的正弦波振幅為什麼隨S1S2間距增大而越來越小？ 這是因為超聲波在空氣中傳播時，由於波動能量總有一部分會被空氣吸收，波的機械能會不斷減少，波強逐漸減弱，振幅逐漸減少。9.用“相位比較法”測聲速時，為什麼只有當李薩如圖為直線時才讀數？ 因為李薩如圖形為橢圓時，由於橢圓形狀、大小不確定，接收器S2位置難以確定。只有當李薩如圖形為直線時，圖形直觀唯一，容易確定S2位置。10.測聲速時，“駐波共振法”與“位相比較法”兩種電路可交換嗎？ 不能。因為駐波共振法只把接收器S2接收到的訊號輸入到示波器Y偏轉板，觀察到的是正弦波訊號。而位相比較法把接收器S2訊號輸入示波器X偏轉板，發射器S1訊號輸入到Y偏轉板，觀察到的是李薩如圖形。11.為何兩種方法均測半波長值而不直接測波長值？ 因為超聲波在空氣中有衰減，如果直接測波長值，測得資料個數少，由於衰減，後面資料測不出來。而測半波長，資料個數多，又便於用逐差法處理資料，減少測量誤差。
聲速的測量 思考題及解答1.為什麼需要在駐波系統共振狀態下進行聲速的測量 因為當駐波偏離共振狀態時，駐波的形狀不穩定且聲壓腹的振幅比共振時達到的最大值小得多，當駐波系統處於共振，這時駐波腹出現穩定的最大振幅。2.用“駐波共振法”測波長時，如何調出示波器上正弦波形？ ⑴示波器“Y軸衰減”旋鈕應置於較小數值檔。 ⑵移動接收器S2時，熒光屏上寬頻的寬度應變化。如不變，可交換輸入到示波器的兩接線柱位置，或交換輸入到發射器S1的兩接線柱位置。 ⑶調節掃描頻率即可調出正弦波。3.用“相位比較法”測波長時，如何調出橢圓或直線？ ⑴接收器S2接收到的訊號應從示波器“X輸入”端輸入，發射器S1訊號應輸入到示波器“Y軸輸入”端，且“Y軸衰減”旋鈕應置於較大數值檔。 ⑵如果還不能出現橢圓或直線，可交換S1或S2兩接線柱位置。4.用“駐波共振法”和“相位比較法”測波長時，如嚴格按上述方法操作，還是調不出應有波形，怎麼辦？ 此時可能是連線導線斷路或接頭接觸不好，應用萬用電表歐姆檔對每根導線進行檢查，確保每根導線無斷裂，各個接頭接觸良好。5.為什麼在實驗過程中改變S1、S2間距離時，壓電換能器S1和S2兩表面應保持互相平行且正對？不平行會產生什麼問題？因為只有當S1S2表面保持互相平行且正對時，S1S2間才可能形成駐波，才會出現波腹和波節，S2表面才會出現聲壓極大值，螢幕上才會出現正弦波振幅發生變化，由此可測超聲聲波波長。如果S1、S2表面不平行，則S1、S2間形不成駐波，螢幕上正弦波振幅不會發生變化，就能用駐波共振法測波長，故實驗中必須使S1、S2表面平行。6.如何調節與判斷測量系統是否處於共振狀態？ 使用駐波共振法，當示波器上出現振幅最大正弦波時，表示S1、S2間處於駐波共振狀態。調節方法是移動S2，觀察示波器上正弦波振幅變化。7.使用“駐波共振法”測聲速時，為什麼示波器上觀察到的是正弦波而不是駐波？ 因為駐波是在發射器S1與接收器S2間形成，接收器S2接收到的是一個聲壓訊號，在駐波波節位置，聲壓訊號最強，輸入到示波器Y偏轉板，經X偏轉板掃描，故示波器上觀察到的是正弦波。 8.使用“駐波共振法”測聲速時，示波器上觀察到的正弦波振幅為什麼隨S1S2間距增大而越來越小？ 這是因為超聲波在空氣中傳播時，由於波動能量總有一部分會被空氣吸收，波的機械能會不斷減少，波強逐漸減弱，振幅逐漸減少。9.用“相位比較法”測聲速時，為什麼只有當李薩如圖為直線時才讀數？ 因為李薩如圖形為橢圓時，由於橢圓形狀、大小不確定，接收器S2位置難以確定。只有當李薩如圖形為直線時，圖形直觀唯一，容易確定S2位置。10.測聲速時，“駐波共振法”與“位相比較法”兩種電路可交換嗎？ 不能。因為駐波共振法只把接收器S2接收到的訊號輸入到示波器Y偏轉板，觀察到的是正弦波訊號。而位相比較法把接收器S2訊號輸入示波器X偏轉板，發射器S1訊號輸入到Y偏轉板，觀察到的是李薩如圖形。11.為何兩種方法均測半波長值而不直接測波長值？ 因為超聲波在空氣中有衰減，如果直接測波長值，測得資料個數少，由於衰減，後面資料測不出來。而測半波長，資料個數多，又便於用逐差法處理資料，減少測量誤差。