声速测量仪使用新发现

    在声速测量实验中，利用波动方程Ｙ ＝Ｖ２ρ１－２］，可以测量某种材料的杨氏模量［３］。对于杨氏模量的测定，教材中详细地介绍了用动态悬挂法，但在实验时发现实验条件较高、误差较大，而利用波动方程和声速测量仪 ——— 声速法测定杨氏模量操作简单、误差小。

    １　 实验原理

    １．１　 动态悬挂法

    １．２　 声速法

   （１）声波［２］（弹性波）在固体媒质中传播时，一般情况下纵波、横波及两者结合的形式的波都会存在。当固体媒质为一细长的棒状物（ｄ／Ｌ＜＜１，ｄ为棒截面直径，Ｌ 为棒长），且波源沿棒轴方向振动时，棒内波动主要以沿棒轴方向振动和传播的纵波传播，

    其波动方程为：

    其杨氏模量为：Ｙ ＝Ｖ２ρ，

    式中：ｘ代表棒中任一截面上质点在棒内无形变状下，沿棒轴方向的坐标，ｙ代表任一截面上质点在振动状态下，沿棒轴方向的位移，Ｙ 为材料的杨氏模量，ρ为密度。

   （２）声速用时差法［６］即将脉冲调制信号加到发射换能器［７－９］上，声波在介质中传播，经过时间ｔ后，到达Ｌ 处的接收换能器。由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出两种换能器脉冲波形的延迟时间ｔ，利用公式ｖ＝Ｌ／ｔ求出声波在介质中传播的速度。

    ２　实验仪器

    ＦＢ２０９型动态杨氏 模 量测 试 仪；通 用示波器［１０］；电子天平；螺旋测微器［１１］；ＳＶ－５型声速测量仪；ＳＶ－５声速测定专用信号源；ＳＶ－５换能器。

    ３　实验步骤

   （１）动态悬挂实验步骤［１２］；

   （２）声速法实验步骤；

    ①用电子天平称量用于动态悬挂实验的黄铜棒ｍ；

    ②用螺旋测微器测量黄铜棒直径ｄ；

    ③按图连接好电路；

    ④运用双踪示波器调节发射波形为谐振频率［１３］。

    ⑤信号源的“声速测量方法”设置到“脉冲波”方式［１４］；

    ⑥将测试槽上方的固体介质测量换能器上进行。先将待测的固体棒装上。将连在声速测量仪接线盒“液体（空气）”的发射和接受插头改接到“固体”的发射接收装置上［１５］；

    ⑦将待测的固体棒装上，再调节信号源的“接收放大”旋钮，使示波器上显示的接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值Ｌｉ和显示的时间值ｔｉ，则声速Ｖ ＝ＬｉＬｉ　１／ｔｉｔｉ　１。

    ４　测量及计算结果

    ４．１　动态悬挂法