大学物理实验报告（清华大学）示声实验报告.doc

实验一：示波器的原理和使用 一、示波器的原理 示波器的规格和型号很多，就其显示方式来说主要有阴极射线示波管和液晶显示两种。阴极射线示波器一般都包括示波管（阴极射线管，CRT）、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。 1、示波管的基本结构 示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成真空。 （1）电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极，阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是野鸽顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过其顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。可以通过调节札记电位来控制射向荧光屏的电子流密度从而改变荧光屏的光斑亮度。当控制栅极、第一阳极和第二阳极三者的电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦的作用，所以第一阳极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。 （2）偏转系统：它有两队互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板和一对水平偏转板，加以适当电压可以使电子束运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置发生改变。 （3）荧光屏：屏上涂有荧光粉，接受电子形成光斑。 2、示波器显示波形的原理 在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，同时在水平偏转板上加一扫描电压（锯齿波电压），使电子束在竖直方向上来回运动起在水平方向上拉开。当锯齿波电压与正弦电压的变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。 3、同步的概念 如果正弦波和锯齿波电压的周期少不同，屏上出现的将是一移动着的不稳定图形。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“TIME/DIV”（时间分度）调解旋钮，用来调节锯齿波电压的周期Tx ，使之与被侧信号的周期Ty呈合适的关系，从而，在示波器屏上得到所需树木的完整的被测波形。 输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它们的周期会发生微小的改变。为此示波期内装有扫描同步装置，在适当调节后，让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就称为整步（或同步）。调节示波器面板上的“TRIG LEVER（触发电平）”一般可以使波形稳定下来。 4、利萨如图形的基本原理 如果示波器的X和Y输入时频率相同或者简单整数比的两个正弦电压，则屏上的光点将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图形称为利萨如图形。如果做一个限制光点x、y方向变化范围的假象方框，则图形与磁矿相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好是Y和X输入的两正弦信号的频率之比。若出现有端点与假象边框相接时，，应把一个端点极为半个切点。利用利萨如图形可以方便地比较出两个正弦信号的频率。 二、实验仪器 1、SS-7802示波器 2、GFG-8016函数信号发生器 三、实验任务及步骤 1、观测波形 自制多波形信号发生器（DB-87型）可输出正弦波、方波、三角波、和尖脉冲四种波形。要用示波器测出其正弦波输出幅度的有效值，方波幅度的峰值，三角波的周期，尖脉冲的频率。要求在原始记录纸上画下相应波形，记录原始数据，算出结果。注意面板上坐下接线端为公共地端。 2、观测利萨如图形 将自制信号源和函数信号发生器（GFG-8016型）的正弦波信号分别输入到示波器的两输入端，调出频率比fx：fy为1：1或1：2的利萨如图形，并由此确定出自制信号源正弦波信号的频率。 实验二：声速测量 实验目的 （1）了解声波在空气中传播速度与气体状态参量的关系； （2）了解超声波产生和接收的原理，学习一种测量空气中胜诉的方法，加深相位的概念。 二、实验原理 1、声波在空气中的传播速度。 在理想气体中声波的传播速度为，式中r为比热容比，M是气体的摩尔质量，T是绝对温度，R=8.314J/（mol·k）为普适气体常数。在正常情况下，干燥空气的成分按重量比为氮：氧：氩：二氧化碳=78.084：20.946：0.934：0.033。平均摩尔质量为M=28.964 * 10-3kg/mol。在标准状态下，干燥空气中的声速为v0=331.5m/s，在室温t下，空气中的声速为，T0=273.15。由于实际上空气并不是干燥的，总含有一些水蒸气，经过对空气平均摩尔质量和比热容比的修正，在温度为t，相对湿度为r的空气中，声速为，此式可以作为空气中声速的理论计算公式。 2、测量声速的实验方法 声波的传播速度υ与声波频率f及波长 λ的关系为 υ= fλ。测出声波的频率和波长，就可以求出声速。其中声波频率可以通过测量声源的振动频率得出，本实验的任务就是测出声波的波长。 产生和接收超声波是用超声波传感器，它是由压电陶瓷金片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属外壳及金属网构成。其中