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聲速測量實驗范文1

關鍵詞：高中學生；素質心理測量；計算機仿真

中圖分類號：G444 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0241-02

一、引言

高中學生素質與心理測量系統的實現是應用人工智能、協調仿真技術、計算機并行計算和測量評價智能輸出技術，大大提高了高中學生素質與心理測量的信度、效度和測量達標范圍。

現代認知心理學是轉換、分析、加工、存儲、恢復和使用感覺輸入信息的過程。高中生素質和心理測量各要素之間的復雜聯系，是與認知心理學理論密切相關的。利用計算機仿真技術對高中學生素質與心理測量，通過對高中生的素質和心理的近似、探索性的深刻數據分析，進行學生素質與心理測量要素的標準化、數據化、符號化處理，從而實現了測量的實效目標。

二、系統開發環境設計

高中學生素質與心理測量系統采用互聯網技術，在廣域網環境下可以支持多學校、多層次的高中學生進行測量。系統可以根據訪問量動態配置訪問服務器和數據庫服務器，以保證系統在全天候、全方面情況下進行學生測測量工作。系統開發技術路線選型上，開發人員選擇了目前最為流行的WEB應用程序設計平臺Microsoft Visual 2010作為開發平臺，以為核心編程語言，以為關鍵數據庫訪問技術，并采用三層的瀏覽器/服務器（B/S）模式進行搭建。Microsoft Visual 2010是美國微軟公司開發的系統開發環境，具有支持多種編程語言、代碼編寫簡單、接口標準、內置組件多等優點，使用開發效率高、開發速度快，具有更高的可移植性，能夠完美支持SQL Server、Oracle、DB2等各種主流的大型數據庫管理系統。

三、系統測評模型設計

1.高中學生綜合素質測評模型設計。高中學生綜合素質測評以學習動機、實用氣質、個人性格、IQ智商、人格成熟度、AQ逆商、人格特質、心理狀況和邏輯推理等具體素質的全部要素為主線進行測評。高中學生綜合素質發展體系基本框架包括綜合測評、素質專項測評等。

2.高中學生道德修養與思想品質測評模型設計。道德修養與思想品質測評主要測評高中學生所具備的基本品質。對高中學生從思想道德修養、愛國意識、社會責任感、價值觀、意志品質和美學與欣賞等方面進行測試評估分析高中學生的道德修養和思想品質水平。

3.高中學生學習發展能力測評模型設計。高中學生學習發展能力測評主要涵蓋溝通能力、表達能力、EQ情商、應對困境能力、自我能力、學習能力、實踐能力和合作能力等方面。高中學生能力測評系統根據學生不同的階段設定不同測評模版，測評包括綜合測評、專項測評等。

四、系統功能設計

高中學生素質與心理測量通過系統流程整合、信息整合和應用集成等技術過程，使系統成為完善的測量平臺，各個功能及測量管理與控制可以在互聯網和組織局域網內應用測量。

1.系統功能模塊設計。系統的功能主要包含三部分：①高中生素質與心理測量模塊，包含了網絡在線測量、個性化定制測量。②測量統計分析模塊，是對于學生信息資料進行智能分析，并提出建議，包含了學生個人測量報告和群體測量報告，同時，系統還支持學生對于測量報告的自定義分析和設計，滿足學生個性化的需求，并支持報告的下載和打印。③系統管理與維護模塊，包括系統數據庫維護、系統更新與維護、系統設置、權限設置、測量管理、基本信息管理等功能。結合該測量系統的三方面功能結構設計，為方便學生參與測量，并可以及時方便的查看和下載自己的測量報告，在測量系統中還設置了測量登錄、使用幫助、用戶中心等輔助功能。

2.數據存儲設計。高中學生素質心理測量系統數據庫設計包括：數據庫邏輯設計和數據庫物理設計。由于高中學生測量數據庫概念結構需要充分體現實際測量中的各個實體，數據庫的邏輯設計是將測量系統數據庫概念模型組織成與DBMS數據模型相符合的格式，從實體聯系模型向關系型數據結構轉換的過程。實體聯系模型中的一個實體對應邏輯模型中的一個關系模式，實體的屬性就是關系的字段。數據庫物理設計是在特定的數據庫管理系統上予以實現，包括數據庫表空間大小、字段類型、字段長度、索引機制等內容。數據庫結構如圖1所示。

五、系統實現過程設計

高中學生素質與心理測量應用過程為：指標體系的建立、試題管理、組卷、施測、閱卷、計算機仿真、統計分析、輸出測量報告等過程。[5]

1.高中生素質與心理測量指標體系建立。高中生素質與心理要素測量采用專家問卷和意見整合，把系統素質和心理測量指標體系要素集合，在進行確定指標權重，從權重生成模型庫調用模型生成本次測量個指標的權重。

2.試題管理與組卷。試題和答案的錄入、修改及維護。系統采用計算機智能組卷，智能組卷共包含組卷要求、試卷指標、試題指標、試卷評價以及選題方法等6個要素。

3.進行實施測量。高中學生進入測試頁面，計時器就開始計時，在頁面跳轉時，計時暫停，待新頁面載入后繼續計時，在規定時間以前被測者可以自行交卷，到了規定的時間，自動上交試卷。

4.計算機自動閱卷。計算機自動批閱判斷題、選擇題等客觀題，主觀題則提交給專家批閱。系統利用智能仿真技術，在測量原始得分的基礎上，通過模擬素質系統各要素間的共協反應，得出導出分數。

5.統計分析。通過對參加測量的高中學生的測試成績進行分析，得出測量的信度、效度、區分度、難度等成績，然后計算機自動輸出測量分析報告。

六、結論

高中學生素質與心理測量系統通過整合專家的心理測評理論與實踐經驗，經過反復的系統模型驗證，得到了較好的測量效果，能夠在較短的時間內形成較為理想的測量常模。由于計算機測量人工智能水平的快速發展，利用計算機系統對高中學生的其他領域的測評與技術實現正在快速形成和推廣中，對于該系統的學習與推廣實踐提供的較好的參考和學習價值。該系統的實現的邏輯性、靈活性和信度、效度還需要在以后的測量過程中逐步完善和提高，使其發揮更覺重要的作用和推廣價值。

參考文獻：

[1]王金鳳.基于SOA的大學生綜合素質分析評價系統設計與實現[D].電子科技大學，2012.

[2]Blanco，D.Borski，J.& Dyer，L.Key competencies for transformed human resource，organization：Results of a field study[J].Human Resource Management.1996，35（3）：383-403

[3]Green，P. C. Building robust competencies：Linking human resource systems to organizational strategies[M].San Francisco：Jossey-Bass，1999.

聲速測量實驗范文2

關鍵詞：聲速測井、煤田、原理、應用

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

1、引言

從上世紀50年代開始，聲速測井技術就已經出現，在經歷了半個多世紀的發展，已經成為地球物理測井領域的重要技術，在當今應用十分廣泛，如用于油氣儲藏、煤田地熱、工程勘察、地質災害研究等方面，都發揮著積極的作用。聲速測井也稱為聲波時差或聲波速度測井，通過聲波在地層中的傳播距離所需的時間來反映地質結構，從而達到判斷巖層、煤層、對比地層、確定巖層孔隙度等目的，論文針對煤田測井方面的內容做簡要的概述，就其測井的原理和應用做一些探討。

2、聲速測井的特點及原理分析

2.1聲速測井在煤田勘探中的特點

在煤田勘探中采用聲速測井的優點是解決煤層的深、厚度等技術問題，主要采用聲波全波列測井、聲波速度測井和井下超聲成像測井。聲速測井可以提高煤層定厚定性解釋的可靠性和準確性。但是在運用聲速測井時，井的直徑會影響泥巖和煤層的區別，煤層中的石英會降低煤的孔隙度。聲速測井應用于煤田勘探中，操作簡便、準確度高，并且成本較低，能夠取得很好的經濟效益，因而應用非常廣泛，但深入的技術改進工作仍然有待進一步開展。

2.2聲速測井在煤田勘探中的原理分析

聲速測井的信號由發射器發出的縱波，沿著井壁傳播，測量縱波到達近、遠接收器的時間差。依據射線聲學理論，在井內傳播的有一次和多次反射波、直達波、滑行橫波和滑行縱波，而在這些聲波中，只有滑行波可以攜帶井外地層的速度信息，因而要測量地層的橫波或縱波速度，應該記錄到滑行波。聲速測井中的各種波會形成疊加、干涉，產生綜合效應的波列。在這些波列中很難區分直達波、滑行波、一次和多次反射波，因而可以根據滑行波的特點，選在適當的接受間距和接收點，使滑行波可以及早的到達接收器， 這樣就可以進行波形的識別和提取。而形成滑行波的最為基本的條件是地層中的縱波的速度要大于井內的流體中的縱波的速度，并且要選擇適當的源距保證滑行縱波作為首波達到接收器。

聲速測井主要是通過地面控制器、井下換能器和記錄處理系統三個部分組成，井下儀器的主要部分是換能器，換能器可以完成聲電信號的轉換，分為聲發射探頭和接收探頭，可以進行電-聲和聲-電的轉換。聲速測井的儀器有單發單收、雙發雙收和單發雙收三種，在煤田地質的勘探中，普遍采用單發雙收的模式，可以減少鉆孔的影響，其原理如圖1所示。

圖1：聲速測速的原理

3、聲速測井在煤田勘探中的應用

3.1聲速測井在煤田勘探中的影響因素

聲速測井在煤田勘探中的影響因素包括探頭、源距和間距、周期跳躍等，聲速測井采用脈沖式發射，頻率為15次/秒，聲波頻率為24KHZ，發射器和接收器都采用φ42×φ37×φ35徑向激化鋯鈦酸鋁。 為了保證滑行波折射后首先達到接收探頭，要提高訊噪比，盡量縮短源距，間距小可以提高分辨能力，但太小會使兩接收器的時間差值很小，影響測量結果，因而間距取值適當。周期跳躍和巖層有關，在破碎帶、裂隙地層、井徑擴大明顯、泥漿中溶有氣體和聲速非常高的巖層都會存在，是一種無規律的現象，不應作為主要的依據，但要改進儀器，盡量減少干擾。

3.2煤層劃分

煤的波速在煤系地層中最小，一般為1900-2500m/s之間，在時差曲線上，往往以高異常反映出來，對于厚度大于測量間距的夾層和煤層，曲線有明顯的反映。

3.3劃分地層和對比地層

聲波在地層中的傳播是巖石彈性和密度的函數，不同的巖性具有不同的傳播速度，因而根據時差曲線劃分不同巖性的地層。在自云巖、石灰巖、火成巖等一些致密的地層中，聲速大、時差小，時差曲線顯示為低值；在泥巖中，聲速小，時差曲線顯示為高值，砂巖的聲速小于石灰巖而大于泥巖，因而介于兩者之間。由于煤層的聲速低，在時差曲線上反映為高值，但泥巖會造成一定的干擾，導致分不清炭質頁巖和煤層的界面，因而需要和密度曲線結合來進行解釋。

3.4確定地層的孔隙度

聲速的傳遞和巖石的密度直接相關，而密度又和孔隙度相關，對于均勻的粒間空隙地層，在實驗室研究的基礎上，得到了公式：1/V=φ/Vf+(1-φ)/Vma，其中φ為孔隙度，V為聲速測井曲線讀數，Vf和Vma為地層空隙中流體聲速和巖石骨架的聲速。

4、結束語

聲速測井技術廣泛應用與煤田勘探中，對于煤田開采可以提供重要的數據，因而研究其原理、影響因素和應用的情況，對于提升相關的研究水平具有積極的意義，論文基于筆者的工作研究，做簡要的分析，相關論點有待深入研究。

參考文獻：

[1] 田秋生; 王鐵利. 聲速測井在煤田地質勘探中的應用[J]. 西安文理學院學報(自然科學版). 2011-04-15.

[2] 彭化偉; 黃銳; 孫寶喜. 聲速測井技術方法和應用[J]. 黑龍江水利科技. 2010-12-20.

聲速測量實驗范文3

在物理教學過程中利用實驗再現某些物理情景和過程，增強學生感性認識，將有助于學生理解和掌握相應的物理規律，激發學習興趣，從而大幅度提高教學效果。工科院校常見物理類實驗有：大學物理實驗、物理演示實驗、計算機仿真實驗以及近年興起的虛擬實驗。在我國高校中大學物理實驗是一門獨立課程，一般在大學物理課程之后開設，由于實驗通常比較復雜，數據處理量大，所以不適于大學物理課堂教學直接使用；物理演示實驗雖然可以生動、直觀地表現物理現象，但只是粗略的展示，實驗中的物理規律并沒有被充分、有效地展示。教師只是定性分析與說明，而非精確分析和全面展示，因此缺乏一定的嚴謹性，精密性；計算機仿真實驗雖然形象直觀，過程逼真，但是缺乏真實感，無法讓學生感受到真實儀器的那種踏實，樂于接受情感；虛擬實驗（虛擬儀器）雖然采集和處理的都是真實物理數據，但其高度集成化，忽視了認識過程中的形象思維。近年雖有一些文獻探討了將虛擬實驗與真實實驗的整合嘗試[1]。但方法都只是將二者進行簡單相互驗證，實是實，虛是虛，沒有實現兩者有機結合。針對上述問題，該文提出利用虛擬儀器優化真實儀器，簡化真實實驗，提高實驗效率，并應用于大學物理課堂教學，提高教學效果。

1 虛擬儀器

虛擬儀器是一種基于計算機的儀器，利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。它的本質是“實”而不是“虛”，完全可以替代傳統測量測試儀器。軟件即儀器，安裝軟件的計算機便成為一個具有各種測量功能的數字化測量平臺，實現示波器、信號發生器、頻譜儀、電壓表、電流表等多種普通儀器的全部功能，而且通過數據采集卡，實現自動測量、記錄與數據處理[2]。目前在這一領域內，使用較為廣泛的是美國NI公司的Lab view軟件。Lab view是一個標準的數據采集和儀器控制軟件。其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣，編程時基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖，是一個面向最終用戶的工具。

2 將虛擬儀器與真實儀器整合，優化課堂教學

虛擬儀器的功能是用戶根據需要由軟件自定義的，而不是像真實儀器那樣事先由廠家定義好的，用戶可以根據需要隨意設計。而真實儀器可信度高，實驗過程清晰，現象明了，實驗結果學生樂于接受。因此將“虛”“實”結合，“虛”可以精簡“實”，“實”可以證明“虛”并不虛。二者優勢互補，大大提高實驗的效率。

2.1 提高大學物理實驗效率，促進課堂教學

目前國內幾乎所有高校的大學物理課程和大學物理實驗課程都是獨立設課的，究其原因：一個實驗內容可能要用幾臺設備，搬運不便，影響了教師使用積極性；另外儀器的安裝和實驗測試需要花費較多時間，實驗數據又不能即時處理，無法立即獲得結論，在普遍課時少、教學任務重的情況下，物理實驗自然難以出現在理論課堂。而虛擬儀器具有自動化的快速數據采集和分析能力，強大而全面的圖形化處理能力，可以快速、精確獲得實驗結果。因此利用虛擬技術，即可解決部分大學物理實驗進入課堂的上述困難。

如聲速測量實驗，實驗需要聲速測量儀、信號發生器和示波器三臺設備才能完成。而結合虛擬技術后，在多媒體教室，只需要一個聲速測量儀（很容易攜帶），即可快速完成實驗并獲得實驗結論。方法是設計基于Lab view聲卡的雙通道信號發生器和示波器[3]，可以完全替代真實的信號發生器和示波器。虛擬雙通道信號發生器通過功放與聲速測量儀的一個壓電陶瓷換能器（超聲波發生器）相連，另一個壓電陶瓷換能器（接受器）通過麥克風插孔與虛擬示波器相連。實驗數據處理可以通過Lab view編寫一個求平均值VI實現，輸入測量數據即時獲得結論，包括誤差分析。為操作方便，將雙通道信號發生器和示波器集成在一個虛擬儀器前面板上。

2.2 將演示實驗精細化，充分展示物理規律

利用虛擬儀器對演示實驗的信息進行采集，經數字化處理，使得以往僅能在教室中作定性描述的演示實驗，就可能在較短的時間里完成精確測量，這就提高了演示實驗的精確度，豐富了演示內容，也使演示的效果更加生動，更吸引人。

如聲波拍現象演示，常用的是采用兩個頻率略有不同的音叉。演示時，當分別擊打這兩個音叉時，就可聽到“嗡”、“嗡”的拍音。該演示的不足之處是學生不能直觀看到音叉及拍的實時振動圖像，也想象不出拍的頻譜，學生只能靠聽覺判斷。而將音叉與基于聲卡的虛擬示波器整合演示拍現象，音頻信號利用麥克風采集并送達虛擬示波器上，則在演示時學生不僅能聽到嗡…嗡拍音，還能在虛擬示波器前面板上觀測每個音叉發出音頻信號實時振動圖像及合振動拍的振動圖像，進一步還可以測出拍頻。顯然組合后的演示感官上更全面（聽覺、視覺），內容更豐富（觀察振動圖像、還可以直接測得拍頻），也使演示的效果更生動，更吸引人，學生也更容易接受、理解和掌握拍的概念，大大提高了課堂教學效果。

聲速測量實驗范文4

【關鍵詞】超聲 脈沖回波 影像物理學

在醫學影像里廣泛應用的超聲成像技術，主要便是利用了超聲脈沖回波原理。由于這種醫學影像技術的人體成像原理是通過超聲波的能量來實現的，所以對人體無任何輻射性危害，而且因為該成像技術成本較低、安全性高，已被普及廣泛應用到臨床、介入治療等方法中，成為醫院里醫學影像設備中重要設備之一。隨著超聲成像技術的普及應用，超聲影像技術的物理原理基礎在醫學影像物理學也變成了重要的組成部分。通過學習超聲影像的物理方面基礎，能夠幫助認識和理解超聲的含義及超聲影像的意義。因此本次研究通過利用超聲脈沖回波原理設計影像物理學實驗，促進超聲影像物理學的學習，詳細如下。

1 實驗研究目標

超聲成像的目的在于，聲波于人體各組織的穿透能力達到可以深度成像。超聲成像所測算的物理量為聲波的回波幅度和相位，回波的時間常用于定位聲波的深度。由于聲波在人體組織的穿透速度約等于常數，因此回波的特征可以反映不同人體組織密度的不同。經過對反射回波的接收，并使其在顯像屏上以不同的亮度等級呈現，最終形成超聲圖像。而若超聲波的頻率越高，則其波長越短，能量越高，分辨率越高，所成圖像質量越佳。但是由于聲波穿透深度與聲波頻率成反比，深度越小頻率越高，所以想得到質量高的高頻超聲成像是以犧牲穿透深度為代價的[1]。通過設計實施超聲脈沖回波原理設計影像物理學實驗，可以更好的掌握聲波的產生及傳播原理，提高對超聲波圖像的物理意義的理解，掌握超聲波的各項參數對超聲最終所成圖像的影響。

2 實驗設計原理

超聲波的基本參數有三個，包括頻率、波長和聲速。聲波的振動頻率f=振動數/時間（s），f由振動源決定，聲波（在人體內部）的傳播速度c取決于傳播媒體。超聲波和人體組織發生相互作用后之后，改變了起載體功能的超聲波的物理特性，例如使能量發生衰減改變，使聲波的傳播方向發生反射、衍射等改變。而臨床診斷所需要的信息就依托存在于這些不斷變化的物理參數中，這些物理參數的不斷變化不僅是診斷信息的依附，更是一些補償機制的依據[2]。而波的吸收定律、反射定律等是掌握超聲波成像原理的關鍵。超聲波和人體組織發生相互作用而引起的能量變化為一個能量衰減的過程，像聲束在人體組織表面發生折射、散射等均會減弱入射聲波的能量。不管聲波通過的內部是何種分子過程，超聲波能量的衰減均符合如下式的負指數形式規律：

3 實驗儀器設計及內容

本次實驗中所需要使用的實驗儀器包括：超聲體模、美國OLYMPUS公司的超聲發射接收儀器、超聲測試模具及邁瑞公司的DP6600的超聲診斷儀器。通過這些設備，依據實驗要求事項，設計了兩個內容的實驗，詳細如下：

3.1 圖像與體模的驗證實驗

首先通過超聲診斷儀器的探頭來探測超聲體模，觀測超聲圖像所顯示的體模信息，而后將超聲圖像與超聲體模進行對比，以此來掌握超聲圖像所反映的物理意義。而后對超聲診斷儀器的各項參數進行完成調整，包括聲波速度、診斷儀探頭的發射頻率、聲波功率及超聲回波的接收靈敏度等[4]，同時觀察超聲顯示圖像的改變情況。實驗目的包括了解超聲波各項參數對超聲圖像的影響過程，所以調整超聲各項參數對圖像變化情況的影響，應被記錄、加入到最終的實驗報告中。

3.2 綜合測算聲速類實驗

通過使用示波器、超生脈沖回波規律、超聲波發射接收儀器及超聲波測試部分，來對超聲波在介質水中的穿透速度、超聲波在有機玻璃內傳播的衰減系數進行記錄、計算。實驗進行時，需要注意示波器和超聲波發射接收儀器的仔細連接，而后將恰當的傳感器接入超聲發射接收儀器的T/R端口，且把傳感器置于適當測試模具的有利位置。在對超聲波在介質水中的穿透速度進行計算時，同時觀察、記錄示波器所反映的波形圖，利用示波器的B掃描功能及X軸掃描拓展功能，來對中間兩個不同界面的反射脈沖回波分別對應的峰值點間的時間差進行詳細記錄，以此來完成對超聲波在介質水中的穿透速度的計算。在關于聲速計算的最終實驗報告中需要包括：聲速測試的物理原理，測得的脈沖回波波形，對兩個脈沖回波分別的峰值點和峰值點間的時間差的標識，詳細計算過程，實驗中產生的誤差及誤差產生的原因。在對超聲波在有機玻璃內傳播的衰減系數進行計算時，觀察示波器所反映波形，記錄測試模具里兩個界面脈沖回波的峰值幅度。

4 結語

在影像物理學的研究中，包括許多用于成像的物質波。本次實驗選取的超聲波為其中一種安全可靠有效的物質波，通過本次實驗，可以對超聲在不同介質里的傳播規律及聲波的衍射、折射、散射等在超聲成像中的作用進行深入了解，理解超聲影像顯示的物理原理，而且在一定程度上對影像物理學里的理論進行了驗證。

參考文獻：

[1]任杰.基于超聲脈沖回波的影像物理學實驗設計[J].科技信息，2010（5）：436.

[2]熊政綱，左龍.超聲影像實驗設計[C].//第六屆全國高等學校物理實驗教學研討會論文集.2010：310-312.

聲速測量實驗范文5

【關鍵詞】 實驗教學 綜合性 設計性 創新實驗

根據人才培養目標、實驗教學改革、實驗室建設任務及國家教育部評估的要求，實驗教學項目中綜合、計設性項目應不斷增加。而傳統的物理實驗教學中往往是驗證型實驗多，綜合性、設計性實驗少；教師預先準備好的多，學生獨立思考、自由發揮的少；教學方式以注入式多，啟發式、探究式、討論式、參與式少[1]。很顯然，這些都是不利于培養學生的綜合實踐能力和創新精神的，無法滿足當今社會對人才的需求。因此，為了緊緊圍繞應用型人才培養目標，積極推進實驗教學模式改革，牢牢把握學校實驗教改精神，我們將利用現有設備及自制設備、輔助配件研究開發一批綜合性、設計性、可推廣的創新實驗項目，讓學生在完成常規的大學物理實驗外，可以進行進一步的設計、綜合性創新實驗項目訓練。

1 創新性實驗的設計

1.1設計原則

在現有實驗設備和實驗項目基礎上，開發新的實驗項目。不求最新，只求原來沒有現在有即是創新，最終實現拓展設備功能，提高設備利用率，豐富實驗教學內容目的。

1.2 設計內容

1.2.1彎曲法測量楊氏模量

【項目背景】本項目是在現有“拉伸法測量楊氏模量”實驗基礎上結合自制配件而開發的設計性項目。

【目的】（1）掌握彎曲法測量楊氏模量原理；（2）測量黃銅的楊氏模量；（3）比較分析拉伸法與彎曲法各自的特點。

【要求】（1）利用自制的配件和度數顯微鏡組裝彎曲法測量裝置。（2）測量黃銅橫梁的楊氏模量。（3）簡述實驗原理。（4）擬出實驗步驟、注意事項。（5）列出數據表格，分析測量誤差。

【提示】楊氏模量測量裝置如圖1所示，在橫梁彎曲的情況下，楊氏模量Y可以用下式表示： 式中：d為兩刀口之間的距離，M為所加砝碼的質量，a為梁的厚度，b為梁的寬度， Z為梁中心由于外力作用而下降的距離，g為重力加速度[2]。

1.2.2棱鏡折射率測量方法的比較

【項目背景】本項目是在現有“分光計的調節與使用”實驗基礎上開發的設計性項目。

【目的】大學物理實驗中測量玻璃折射率最常用的方法有最小偏向角法和掠入射法。本實驗通過對兩種方法進行研究比較，并加以改進，最終使操作更簡便，測量精度更高。

【要求】（1）分析比較最小偏向角法和掠入射法各自的優缺點，并對掠入射法進行改進設計。（2）用最小偏向角法測出最小偏向角δmin，各測5次，然后求出三棱鏡折射率及測量誤差。（3）用改進后的掠入射法測出明暗視場交線與AC面法線的夾角，各測5次，然后求出三棱鏡折射率及測量誤差。（4）寫明實驗方法，所需儀器設備。（5）擬出實驗具體程序，列出數據記錄表格。（6）分別從操作方法和測量精度兩方面進行分析比較。（7）闡述測量方法改進的意義及效益。

【提示】掠入射法測量原理[3]

如圖2所示，用單色面擴展光源（鈉光燈源前加一塊毛玻璃）照射到棱鏡AB面上。當擴展光源出射的光線從各個方向射向AB面時，以90°入射的光線1的出射角最小為；入射角小于90°的，出射角必大于；大于90°的入射光線不能進入棱鏡。這樣，在AC面用望遠鏡觀察時，將出現半明半暗的視場，明暗視場的分界線就是入射角為i1=90°的光線的出射方向。若測出明暗視場交線與AC面法線的夾角、棱鏡頂角α，即可求出棱鏡折射率：

但是，若入射角i1不大時，會出現如圖3那樣兩條明暗視場的分界線。為避免這一現象出現，確保入射光幾乎都接近90°度，如圖4改進，增加一塊輔助三棱鏡即可，同時還省卻毛玻璃。

1.2.3超聲光柵實驗

【項目背景】本項目是在現有“分光計的調節與使用”“光柵衍射”“聲速測定”實驗基礎上結合自制配件而開發的綜合性項目。

【目的】（1）了解聲光效應。（2）利用聲光效應測量聲波在液體中的傳播速度。

【原理】光波在液體介質中傳播時被超聲波衍射的現象，稱為超聲致光衍射（亦稱聲光效應），這種現象是光波與介質中聲波相互作用的結果。如圖5所示，波長為的平行光束沿OY方向射向一透明介質（如純水），介質底部聲源產生一束寬度為l，波長為d的超聲平面波沿OZ方向傳播，這種波在介質內引起折射率的周期性變化，相鄰疏密平面之間的距離就是d。由于超聲速度遠小于光速，因此，對于光速而言，折射率的慢變化可認為固定不變[2]。

單色平行光沿著垂直于超聲波傳播方向通過液體時，因折射率的周期變化使光波的波陣面產生了相應的位相差，經透鏡聚焦出現衍射條紋。這種現象與平行光通過透射光柵的情形相似。因為超聲波的波長很短，槽中的液體就相當于一個衍射光柵。超聲波的波長d相當于光柵常數。由超聲波在液體中產生的光柵裝置稱作超聲光柵。當滿足拉曼-奈斯聲光衍射條件2l/d2

如圖6所示，在調好的分光計上，由單色光源和平行光管中的會聚透鏡L1與可調狹縫S組成平行光系統，讓光束垂直通過裝有壓電陶瓷（PZT）的液槽（超聲池），在液槽的另一側，用自準直望遠鏡中的物鏡L2和測微目鏡組成測微系統。若振蕩器使PZT晶片發生超聲振動，在液槽中形成穩定的駐波，從測微目鏡即可觀察到衍射光譜。

【儀器與器材】分光計、低壓鈉燈、超聲信號源、自制超聲池。

【實驗內容】（1）調節分光計，平行光管與望遠鏡同軸并與分光計主軸垂直。（2）將自制超聲池水平放置載物臺上，并讓光束垂直入射超聲池側面。（3）開啟信號源，調節信號源輸出頻率至壓電陶瓷片諧振頻率相同，通過望遠鏡觀察視場內的衍射光譜亮度及對稱性。（4）逐級測量各譜線的衍射角，并計算液體中的聲速V。

1.2.4磁致伸縮系數的測定

【項目背景】本項目是用改進后的邁克爾遜干涉儀及自制的配件開發的設計性實驗項目。

【目的】（1）研究磁致伸縮系數與磁場強度的關系；（2）進一步掌握用改進后的邁克爾遜干涉儀測量微小量的方法。

【要求】（1）利用自制的配件和改進后的邁克爾遜干涉儀組裝磁致伸縮測量裝置。（2）繪制TbDyFe棒的磁致伸縮系數λ與磁場強度H的關系曲線。（3）簡述實驗原理。（4）擬出實驗步驟、注意事項。（5）列出數據表格，分析測量誤差。

【提示】磁性材料被磁化時，其各個方向的長度將會發生微小的變化（伸長或縮短），這種現象稱為磁致伸縮。不同的磁性物質磁致伸縮的長度形變是不同的，通常用磁致伸縮系數 （即它的相對伸長）表征形變的大小[4]。磁致伸縮系數與磁體的磁化過程有關，當磁體磁化至飽和時，λ亦趨近一飽和值。本實驗是在室溫下測量磁致伸縮系數與外磁場的關系。

為了表征它們的數量關系，常用公式來描述，其中H為外加磁場的磁場強度，I為勵磁電流，k0為與螺線管的結構、尺寸等因素有關的比例常數。

測量原理如圖9所示，其中A為樣品，D為螺線管，B為夾具，C為支架，M1、M2為反光鏡。樣品A與夾具B粘接，左端夾具與支架固定，右端夾具與反光鏡M1可移動。當樣品A被磁化伸長或縮短l時，干涉條紋就從中心“冒出”（或向中心“縮進”）N個環，則有磁致伸縮系數

2 創新性實驗的實踐與應用

我校是2000年新建本科院校，沒有物理專業，《大學物理》及《大學物理實驗》課程是針對全校15個理工科專業開設的基礎課程，目前實驗室已開設項目涵蓋了教學大綱A、B、C、N共39個實驗。新開發的實驗項目首先作為開放性實驗項目供大二以上理工科各專業的學生實踐，因為高年級本科生對常規物理實驗已經有了切身的體會，熟悉當前實驗設備的性能并操作熟練，可確保實驗結果的準確性。經過實踐檢驗證明項目可行性后，根據實際需要將部分項目轉化為日常教學項目，以豐富日常教學內容。

3 結束語

除了以上項目外，我們還開發了“電壓表、電流表的制作”“用干涉法測量微小量”“干涉法測量固體線膨脹系數”等一批綜合性、設計性、可推廣的創新實驗項目，并組織實施和總結，最終為豐富實驗教學內容（尤其是開放性實驗內容）、全面提高學生綜合素質和實驗教學質量、拓寬實驗設備的功能、提高設備的利用率、探索適應應用型和創新型人才培養的實驗教學體系做出貢獻。

【參考文獻】

[1]劉國買.整合內容與強化主體――實驗教學改革的思考[J].實驗技術與管理，2002（2）：101-104.

[2]曹正東，李佛生.大學物理實驗[M].同濟大學出版社，2011：105-107，157-160.

[3]單永明，牛連平.棱鏡折射率測量方法的比較及改進[J]. 科技資訊，2010（4）：250-251.

聲速測量實驗范文6

關鍵詞：混凝土；強度檢測

超聲檢測法檢測混凝土的強度

在1949年的時候,來自加拿大的切斯曼( Cheesman )、萊斯利( Leslide )和英國的加特費爾德( Gatfield)和瓊斯（Jones）首先在結構混凝土中應用了超聲脈沖檢測技術，開創了超聲檢測新領域。從此，超聲檢測成為混凝土檢測技術的一個重要方面。現在世界上的許多國家和國際上與混凝土相關的學術團體都制定了混凝土超聲檢測的規范、規程和標準。上世紀五十年代我國也開始了有關超聲檢測技術的研究，并且于六十年代在工程檢測中普遍采用了這種技術。目前,隨著超聲波檢測技術的理論研究不斷深入和應用范圍不斷擴大，混泥土超聲檢測技術也取得了飛速發展。

1.1 利用超聲檢測法檢測混凝土強度的基本原理

超聲脈沖波由發射換能器以一定重復頻率間斷地發射，這種波簡稱為超聲波。超聲波檢測法就是根據超聲脈沖在混凝土中的傳播規律和混凝土的強度之間存在一定的數值關系的原理，利用這種關系，可以通過超聲波測定的數據推算出混凝土的強度。

超聲檢測的原理是：發射換能器通過超聲儀產生的高壓電脈沖的激勵得到高頻聲脈沖，聲脈沖進入混凝土介質中，通過混凝土傳出的聲信號由接受換能器接受，可以測出超聲脈沖波在混凝土中的傳播時間和傳播距離，經過計算可以得出超聲波在混凝土中的傳播速度。傳播速度就可以很直觀的反映混凝土的密實度。混凝土的強度和它的密實度存在相互關系。聲波在密實的混凝土中傳播速度快，傳播時間短，反映出的結果是混凝土的強度高；相反，聲波在疏松的混凝土中的傳播速度慢，傳播時間長，反映出的結果是混凝土的強度低。因此可以根據聲波在混凝土中的傳播時間推定混凝土的強度。

1.2 超聲波在混凝土中的傳播特點

由于混凝土內部結構獨特，因此超聲波在它內部傳播具有自己獨特的傳播特點：

在混凝土中傳播的超聲波具有較差的指向性。

在混凝土中傳播的超聲波衰減性大。

在混凝土中，存在入射聲波（屬于一次聲波）和折射波、反射波及波型轉換后的橫波（屬于二次聲波）。因此接受到是一次聲波和二次聲波的疊加聲波。

在混凝土中傳播的超聲波波型由于界面反射和折射而曲折，所以混凝土中存在較大的缺陷時，超聲波不能以直線傳播。

1.3 影響超聲波測定混凝土強度的一些因素

1.3.1 不同的材料和配合比的影響

不同種類的水泥對超聲波的傳播影響不同。在混凝土的早齡期，不同水泥強度的發展規律不同，有的早期強度高，有的后期強度高。

礦物細摻料的影響。現在對混凝土有高強度和高性能的要求，而通過摻加礦物細料可以提高混凝土的強度和性能。比如摻加硅灰，研究表明，由于硅灰顆粒細小，具有很高的分散性，可以提高漿體硬化后的密實度，提高超聲波的聲速。

粗骨料的含量和品種影響。碎石表面粗糙，利于骨料和水泥石的粘結，所以有著比卵石高的強度。

砂率的影響。實驗表明，合理的砂率，可以提高混凝土的粘結性，從而提高他的密實度。

配合比的影響。混凝土中各種材料不同的配合比對超聲波在其內部的傳播速度有很大的影響。合理的配合比，可以提高超聲波在混凝土中的傳播速度。

上述提到的影響超聲速測定混凝土的因素屬于內部因素，除此之外，還存在一些外部因素，比如期齡的影響、養護方法的影響及溫度和含水率的影響等。

二．回彈法檢測混凝土的強度

混凝土的抗壓強度和它的表面硬度存在數值關系，利用這個原理建立起的檢測混凝土強度的方法稱為回彈法。由于回彈法的檢測儀器存在精度高，靈活輕便、抽取子樣的代表性強和檢測方法統一等優點，被廣泛應用于混凝土強度檢測和其他工程檢測上。

2.1 回彈法的檢測原理

回彈法測量時，利用具有一定初動能的重錘彈擊混凝土表面，當重錘被彈回到最高點后，它具有的初始動能被重新分配：一部分被混凝土吸收，剩下的被重錘重新吸收，而被重錘重吸收能量的多少取決于混凝土的強度。如果混凝土的強度高，則它的表面硬度大，當被重錘彈擊的時候，混凝土表面的塑性變形小，混凝土吸收的能量少，由于能力守恒定理，被重錘重新吸收的能力就多；反之，如果混凝土的強度低，則它的表面硬度小，當被重錘彈擊的時候，混凝土表面的塑性變形大，混凝土吸收的能量多，同時被重錘重新吸收的能力就少。混凝土回彈儀就是根據上述原理制造的混凝土強度檢測儀器。重錘的回彈值就是混凝土回彈儀測得的讀數，回彈值的大小由重錘重新吸收能量的多少決定的，并由回彈儀上控制回彈的彈簧指示，指示的數值通過指針顯示在刻度盤上，根據讀到的數值就可以測得混凝土的表面硬度，也就知道了混凝土的強度。

2.2 影響回彈法檢測混凝土的強度因素

其實很多因素都可以影響到回彈法檢測混凝土強度，其中影響最顯著的是混凝土的碳化，尤其是對舊建筑物進行檢測時，混凝土碳化的影響是必須考慮的，如果不加修正的從回彈儀上讀取的數值推算混凝土強度，所得值可能是實際值的2-3倍。除此以外，影響回彈法檢測混凝土強度的因素還包括：水泥的品種及用量、測量構建的表面溫度和混凝土的含水量等。

三．超聲回彈綜合法檢測混凝土強度

3.1 超聲回彈綜合法的檢測原理

超聲法檢測和回彈法檢測綜合起來就是超聲回彈綜合法。它先利用超聲儀測出超聲波在混凝土中的傳播時間，通過計算得出超聲波在混凝土中的聲速，然后利用回彈儀測出回彈值。因為混凝土的內部密實度由超聲速的聲速值反映，混凝土的表面硬度由回彈值反映，而混凝土的強度和他的密實度及表面硬度有相關性，可以建立混凝土強度-回彈值-超聲速聲速值的函數關系。通過分析超聲儀和回彈儀的數值就可以得到混凝土的強度值。利用超聲回彈綜合法既提高了檢測精度又擴大了適用范圍。

3.2 超聲回彈綜合法的優點

超聲回彈綜合法操作簡單使用方便。

超聲回彈綜合法能減少含水率和齡期的影響。

超聲回彈綜合法彌補了超聲法和回彈法的不足，并結合了兩者的優點。

超聲回彈綜合法提高了檢查精度，能夠較全面的反映混凝土的強度。

四．利用鉆芯法檢測混凝土的強度

4.1 鉆芯法的檢測原理

鉆芯法是一種局部破損檢測方法，十分有效。鉆芯法利用鉆芯取樣機從混凝土構件中鉆取一定規格的圓柱形芯樣。然后把取得的芯樣經過必要的加工處理，放在壓力測試機上測得其強度。這樣測得的結果能反映混凝土的真實強度，結果準確可靠。

4.2 鉆芯法的優缺點

優點：由于鉆芯法是從混凝土構件中直接取得樣本，通過壓力測試機直接測量，這樣減少了換算過程中帶來的累積誤差，使得檢測結果更加真實可靠。

缺點：利用鉆芯法在取得圓柱形鉆芯樣本的同時，損壞了混凝土構件的結構，降低了混凝土構件的強度。尤其對那些年代久遠，本身強度就較低的混凝土構件，利用鉆芯法是極其危險的。

五．結束語

本文通過介紹幾種混凝土強度檢測方法,得出了各自的特點。在檢測混凝土的強度時應該根據混凝土的結構和實際條件，選擇合適的檢測方法，盡可能的避免不必要的誤差，提高檢測精度，更好的達到檢測效果。

參考文獻：

張海平.超聲波法檢測混凝土強度的影響因素分析.山西建筑.2008,34(10),85-86.

林均岐,戴克難.鋼筋混凝土結構的強度檢測與加固.世界地震工程.1997,13(1),50-54.

聞敏.回彈法在混凝土檢測中的應用.中國高新技術企業.2009,(24),7-9.