关于相位比较法测声速的研究

关 于 相 位 比较法 测 声速 的 研 究
邓 小辉 ，贺诗 荣
（ 衡 阳师范学 院 物理 与电子 工程 学院 ，湖 南 衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ ２ ）
摘 要 ：声 速 测 定 实验 因为 涉及 到 多种理 论 和 实验 方 法 的 结合 ，从 而成 为 力热 实验 中的 一 个 重要 的 综 合 性 实 验 。
确性 。
关 键 词 ：声 速 测 定 ，相 位 比 较 法 ，驻 波 ，行 波 中 图分 类 号 ：０４ ２ ２ ． １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ３ — ０ ３ １ ３ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ８ ４ — ０ ４
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引 言
因而 换能 片 Ｓ 。 接 受到 的信 号 ， 无论 是 其相位 还 是强 度 都将变 得复 杂 。所 谓 相位 比较 法 ， 就 是 通 过 比较 来 自 Ｘ和 Ｙ通 道接 受 到 的 信 号 的相 位 来 确 定 行 波
第 ３ ７卷第 ６ 期
２ ０ １ ６年 １ ２月
衡 阳 师 范 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ ｇ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
ＮＯ ． ６Ｖ ｏ １ ． ３７
Ｄｅ ｃ．２ ０ １ ６
（ ｃ ｘ １ ４ ２ ２ ） ； 教 育 部 高 等 学 校 特 色 专 业 建 设 项 目（ Ｔ Ｓ １ １ ６ ３ ５ ） 作者简介 ： 邓小辉（ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 男， 湖南常宁人 ， 高级实验师 ， 在读博士 ， 主要从事物理实验教学工作 。
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也能 从 ｓ 输 出一 个 信 号 ， 通 过 比较 其 相 位 ， 测 出 声 速来 。正 如我 们前 面讲 过 的一 样 ， 信 号 在 通 过 换 能
声速 测定 仪 （ Ｓ Ｗ一 １型 ） ， 双 踪 示 波 器 和 函数 信 号 发
生器 。从 函数 信号 发生 器 中引 出两 列 余 弦 信 号 （ 也 可 以是其 它 信 号 ） ， 一 列 直接 输 入 到示 波 器 的 一 个
通道（ Ｙ） ， 一 列 通 过换 能 片 Ｓ 和 Ｓ 后 输 入 到 示 波
这一 测量 方 法 。但 是 ， 在学生实验过程 中， 却 发 现 不需 微调 Ｓ 。 使 其不 平行 ｓ ， 即使 ｓ 与Ｓ 严 格平 行 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — ０ ９ — ０ ９
基金项 目： 衡 阳师 范学 院 教 学改 革 研究 项 目（ Ｊ Ｙ ＫＴ ２ ０ １ ６ ３ ４ ） ；衡 阳 师 范 学 院 大 学 生 研 究 性 学 习 和 创 新 性 实 验 计 划 项 目
论 文 严 格 推 导 出声 位 移 驻 波 的 波 节 附 近 的 声压 驻 波 可 以化 为 一行 波 ，从 而 实现 从 驻 波 场 中经 换 能 片 输 出一 行 波 ， 通 过 比较 其 相 位 测 定 声 速 。解 释 了 声 速 测 定 实 验 中 长 期 存 在 的 疑 惑 ， 通 过 实 验 测 量 验 证 了 理 论 推 导 结 果 的 正
的耳 塞输人 到 示 波 器 的 Ｙ 端 ， 通 过 比较 Ｘ 和 Ｙ 两
很 好 的实验 方案 。一 直 以来 ， 声 速测 定 实 验 都 是很 多综合 性 大 学 物 理 学 专 业 和其 它 理 工 科 学 生 必 修 的一 个综合 性 实验 。 声速 测定 实 验 原 理 图 如 图 １ 。实 验仪 器包 括 ，
的波长 ， 从而 测 出声 速 。
测量声 速有 很 多种 方 法 ， 而 高 等 师 范 院校 物 理 学专 业 的力 热 实 验 或 者 面 向普 通 理 工 科 学 生 开 设
的大学 物 理 实 验 ， 通 常 采 用 相 位 比较 法 来 测 量 声
传 统 的利 用 相 位 比较 法 来 测 定 声 速 有 多 种 实 现途径 。例 如 ， 杨 述 武先 生 主 编 的《 普通物理实验》
个通 道 的信 号 的相 位 来确 定 声 波 的 波 长 ， 从 而测 定 声 速 。这 样 的 方 法很 好 理 解 ，因 为 Ｘ 和 Ｙ 端 接 收 到 的信 号都 是 行 波 信 号 。又 如朱 俊 孔 先 生 等 主 编 的《 普通 物理 实验 》 教 材 中 ］ ， 一 个 行 波信 号 也 是 直 接 由信 号发 生器输 给示 波 器 的 Ｘ端 ， 另 一个 信 号 由 换 能器 Ｓ 输给示波器的 Ｙ端， 但 为 了使 ｓ 输 出 的 另一个 信号 是 行 波 信 号 ， 需微调 Ｓ ， 使 其 不 平 行 于
教 材 中 ］ ，一个 行 波信 号直 接 由信 号发 生器 输入 到
速 。此 方法涉 及 到众 多 物 理 知识 的融 合 ， 从 理论 基
础 和实 验技能 都有 涉 猎 ， 是 一个 很 好 的培 养 学生 基 本 实验技 能 ， 锻炼 学生 综 合 理论 和实 践 能 力 的一 个
பைடு நூலகம்
示波器 的 ｘ端 ， 另一个 行 波信 号 由 装有 锥形 吸音 体
器 另一个 通 道 （ Ｘ） 。显 然 ， Ｙ 通 道 的信 号 为 来 自函
数信号 发生 器 的 信 号 ； 而 Ｘ通 道 的信 号 ， 在 通 过换 能片 ｓ 和 Ｓ 之 间 区域 时 ， 会发 生复杂 的 波 的干涉 ，
Ｓ ， 使入 射波 和反射 波不 叠加 。当然 ， 我 们也 能理 解
片 Ｓ 和 Ｓ 之 间区域 时 ， 会发生 复 杂 的波 的叠 加 ， 如
入射 波 的振动 相位 相反 ， 故 有
２ — Ａｃ ｏ ｓ （ ｗ ｔ —ｋ ｘ ０ 一 ０ ＋ 丌 ） （ ３ ）
反射 波沿 轴 负 向传播 ， 所 以反 射波 波方 程为