示波器的原理与应用声速测量

实验2示波器的原理与应用
仪器使用见课本P35-39页之附录2-A和附录2-B.
五．实验数据记录和数据处理见课本P34页
【预备问题】
1．从CH1通道输入1V、1KHz正弦波，如何操作显示该信号波形？（看P30五个要点口诀）
提示：调节亮度、聚焦、↕位置和↔位置旋钮指针垂直居中，按“AUTO”、“A”和“CH1”工作显示方式键，调节CH1通道的Y轴偏转因数“VOLTS/DIY”和水平扫描速率“TIME/DIV”，使波形大小适中（即波形显示2～3个周期、峰峰幅度4～5格)，按“source”键置CH1或VERT触发，旋转“TRIＧLEVER”旋钮使波形触发同步显示稳定。

2．当波形水平游动时，如何调节使波形稳定？
提示1：按“source”键置VERT，调节TRIＧLEVER旋钮触发同步使波形稳定。

提示2：（关闭“MAG”X轴放大，消去“TV”所有触发信号，选择“触发耦合COUPLE”为“AC”触发耦合，）根据波形输入通道，选择触发同步的“触发源source”置“VERT”，调节触发电平“TRIG LEVEL”，使其左下指示灯“TRIG’D”亮，则波形稳定。

3．如何测量波形的幅度、周期和频率？（写出间距法的测量公式）
提示：（P33）用屏幕上的刻度尺分别测出波形峰峰（峰位到谷位）的垂直距离y和波形一个周期的水平距离x，则峰峰电压U PP= y（cm）×偏转因数k（V/cm），周期T= x (cm) ×扫描速度p（ms/cm），频率f =1/T（Hz）
4．调节什么旋纽使李萨如图稳定？
提示：示波器在“x-y”工作方式时“触发同步”调节不起作用；李萨如图的稳定性与Y、X两路正弦信号的频率比有关，调节两路信号的频率比为简单的整数比，李萨如图才会稳定。

【思考题】
1．当示波器出现下面不良波形时，请选择合适的操作方法，使波形正常。

（1
（2（3（4
可选填：①调大“偏转因数（VOLTS/DIV）”；②调小“偏转因数”；③调大“扫描速率（TIME/DIV）”；④调小“扫描速率”；⑤水平显示置“A”（常规）方式；⑥水平显示置“X-Y”方式。

2．VOLTS/DIV）”；要改变
VOLTS/DIV）”；要改变图形的垂直位置，应调节
POSITION）”。

（可选填：CH1，CH2）。

3．用示波器测得的CH1（X ）信号的波形如下面左图所示，CH1（X ）信号与CH2（Y ）信号合成的李莎茹图如下面右图所示，示波器屏幕上已显示了必要的参数，图中每1大格为1cm 。

请回答下列回题：
（1）CH1通道的偏转因数（VOLTS/DIV
CH1（X ）信号的U PP
（2）扫描速率（TIME/DIV CH1
（X CH1（X ）频率为 1/5.0ms=200 Hz ； （
3）CH2（Y 4．用示波器测量图３中的波形，要改正垂直方向幅度太小、水平方向幅度太大的现象，
应将“偏转因数”要调 、调大“扫描速率”要调 。

（可选填：大或小）
图３
I ：1V/cm 2：
实验6 声速测量 （数据处理参考格式，以下要求写出数据计算式子）
五．实验数据记录和数据处理 1．驻波振幅极值法测量声速 （温馨提示：红字部分为预习时的表格，原始数据记录卡必写，实验报告也要写）
谐振频率f o = kHz ，Δf = 0.01 Hz
表1 振幅极大值位置测定法测量声速的测量数据 （读数鼓轮Δ
备注：l i 为峰值时接收器位置； l i +6-l i 为6个半波长
2λ
的距离，故i i i l l -=+66
2λ ① 用逐差法计算声速测量值 （以下待入数据计算）
=-=⨯
=171
12
6 l l l λδ 代入数据的计算式 = （mm ），其它δl i 同理计算记录于上表。

=⨯=11 6
2
l δλ 代入数据的计算式 = （mm ） ，其它λi 同理计算记录于上表。

=⨯
==
∑∑=+=2
6
1
66
1
6
-26
i i
i i i
l l
λ
λ 代入数据的计算式 = （mm ）
② 声速的测量值 =⋅=f v λ 代入数据的计算式 = （m/s ） ③计算测量不确定度 （必做内容）
)
16(6)()(6
1
2
-⋅-=
=∑=i i
A S u λλ
λλ= = mm ，
=-=
+)(6
2
)(6i i B B l l u u λmm l 3108.201.03
323
32-⨯=⨯=
∆仪
)()()(2
2λλλB A C u u u +== = （mm ）
， 而 )(00006.03
0001
.03
)(k H z f u u f B f ==
∆=
= 声速的相对不确定度λ
λλλu u f u v u f v
≈+=22)()(×100%= = ， 则声速的不确定度v
u v u v
v ⨯
== = （m/s ）
④室温t = ℃，查表：空气中声速理论值为 v 理= = （m/s ） 声速的测量值与理论值比较的百分误差 =⨯-=
%100理
测
理v v v v E 。

（必做内容）
2．相位法测定声速
谐振频率f o = kHz ，Δf = 0.01 Hz
i i+6i ① 2
6
1
6
6
1
6-6
∑∑=+==
=
i i
i i i l l
λλ= = （mm ）
② 声速测量值 =⋅=f v λ = （m/s ） ， ③计算测量不确定度 （必做数据处理）
)
16(6)()(6
1
2
-⋅-=
=∑=i i
A S u λλ
λλ= = （mm ） ，
)(261)(61)(26i B i i B B l u l l u u ⨯=-=
+λ）（仪mm l u l i B 3104.101.03
62362)(62-⨯=⨯=∆== )()()(2
2λλλB A u u u +== = （mm ）
而 )(012.03
02.03
)(kHz f u u f B f ==
∆=
=，
相对不确定度
22)()(λ
λu f u v u f v
+== ×100%= ， 则 v
u v u v
v ⨯== = （m/s ）
④实温t = ℃，查表：空气中声速理论值为 v 理= = （m/s ） 声速的测量值与理论值比较的百分误差=⨯-=%100理
测
理v v v v E = %。

（必做内容）
六.实验结果
1．驻波振幅极值法测量声速
声速v =（ ± ）m/s ，相对不确定度E u = % （P=68%）
室温t = ℃，与理论值为 v 理= = （m/s ）比较，声速的测量相对误差E λ= %。

2．相位法测定声速
声速v =（ ± ）m/s ，相对不确定度E u = % （P=68%）
室温t = ℃，与理论值为 v 理= = （m/s ）比较，声速的测量相对误差E λ= %。

七．分析讨论
1、实验注意事项；
2、引起误差的主要原因及对实验结果的影响分析；
3、通过实验所取得的收获及对实验过程与结果的评价；
4、实验方法或实验装置的改进建议。

八．思考题P56页自选做2题，抄题做在实验报告上
1、提示：参阅课本实验原理。

2、提示：是声压变化波形。

3、提示：由于声波在实际介质中传播时，由于扩散、吸收和散射等原因，会随着离开声源的距离增加而
自身能量逐渐减弱。

这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因素有关，所以，声压振幅随距离的增长而衰减。

预备问题P52页自选做2题，抄题做在预习报告上
1、提示：压电换能器应用逆压电效应产生超声波，应用正压电效应接收超声波。

2、提示：①参阅课本P53第二自然段。

②保持两换能器位置不变，调节信号发生器的频率旋钮，使接收器输入示波器的波形有最大的振
幅波形，此时的信号发生器输出的频率为谐振频率。

3、提示：参阅课本P53第六自然段。

参阅课本P53倒数第六行。