声速测量实验报告

1、声速测量实验报告姓名：陈岩松学号：5501215012班级：本硕实验班151班实验名称声速的测量实验目的1. 用驻波法和相位法测声速。2. 学会用逐差法进行数据处理。3. 了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。4. 了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的功能。实验原理声速v、声源振动频率f和波长九之间的关系是V = fk所以只要测得声波的频率f和波长丸，就可以求得声速V。其 中声波频率频率计测得。本实验的主要任务是测量声波波长 Z，用驻波法和相位法测量。1. 相位法波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在波的传播 方向上任何两点，如果其振动状态相同或者其相位差为2兀的整数倍，这

2、两点的距离等于波长的整数倍，即l=nk（ n为一整数）。若超声波发出的声波是平面波，当接收器面垂直于波的传播 方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动 接收器时，总可以找到 个位置使得接收到的信号与发射器 的电信号同相。继续移动接收器，直到找到的信号再一次与 发射器的激励电信号同相时，移过的这段距离就等于声波的 波长。实际操作时，我们用的是利用李萨如图形寻找同相或反相时 椭圆退化成直线的点。2. 驻波法按照驻波动理论，超声波发生器发出的平面波经介质到接收 器，若接收面与发射面平仃，声波在接收面就会被垂直反射， 于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。当接收端面与发 射头间的距离恰好等

3、于半波长的整数倍时，叠加后的波就形 成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长匕。当发生2器的激励频率等于驻波系统的固有频率（本实验中压电陶瓷的固有频率)时，会产生驻波共振波腹处的振幅达到最大值。 声波是一种纵波。由纵波的性质知，驻波波节处的声压最大。当发生共振时，接收端面处为一波节，接收到的声压最大， 转换成的电信号也最强。移动接收器到某个共振位置时，示 波器上又会出现最强的信号，继续移动到某个共振位置，则 两次共振位置之间的距离即为。2实验仪器声速测量仪、示波器、信号发生器1. 驻波法测声速(1) 如图所示连接好电路，让 S和S2靠近并留有适当的空 隙，使两端面平行且与游标尺正交。(2)

4、根据实验给出的压电换能器的振动频率 f，将信号发生 器的输出频率调至f附近，缓慢移动当在示波器上看到 正弦波首次出现振幅较大处，固定 S2，在仔细微调信号发生 器的输出频率，使荧光屏上图形振幅达到最大，读出共振频实验内容及步骤(3) 在共振条件下，将S2移近0，在缓慢移开S2，当示波器 出现振幅最大时，记下S2的位置X。(4) 由近及远移动S2，逐次记下各振幅最大时S2的位置，连 续测10个数据Xi, X2, X3,X10(5) 用逐差法计算出波长的平均值。2. 用相位法测声速(1) 调节示波器使，将“秒/格”旋钮旋至X-Y利用李萨如 图形观察发射波与接收波的相位差，找出同相点。(2) 在共振

5、条件下，使S2靠近S1，然后慢慢移开S2，当示波 器上出现45倾斜线时，微调游标卡尺上的微调螺丝，使图形 稳定，记下的位置X0(3) 继续缓慢移开S2，依次记下10个示波器上李萨如图形 为45直线时游标卡尺的读数； x2,x；o(4) 用逐差法算出声波波长的平均值。共振频率f=37.613kHz1.驻波法数据记录如下（单位：mr）：X0X1X2X489.06893.19897.976102.679107.185X5X6X7X8X9X10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得下表（其中厶Xi二Xi .5-Xi空2单位：cm）5x2X3AX5

6、23.39123.23223.14323.17223.263九23九4-59.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求声波波长x = （ X6二Xi ）_（X7二X2 ） （Xio二X5 ）25= (116.589 93.198)+(121.20897.976)十+(130.357 111.756) mm25=4.648 mm数据处理及记录则波长 =2 x =9.296 mmv 二=37.613 1 03 9.296 1 0 m/ 349.7m/sF面计算声波速度的不确定度先计算的不确定度，|5_2为(入k -)t7= =0.0466mmB =0.01mm1 5-

7、1V5从而弧=0.0476mm 山=0.01kHzEv =所以(V)2(Uf)2(：lnV)2(uJ2f2 2 1 2 22(Uf)2 ( )2(u.)2 =0.005 = 5%求出uv 二 vEv 二 349.653 0.5% ： 1.748m/ s实验结果为v = (349.7 1.7)m/s 且=0.5%2.相位法数据记录（单位：mr）X。138.942X6X；148.180X7x2x3157.406166.548X8X9X4175.821X10X5184.903194.902203.355212.676222.072231.213从而得到下表（，人厂竺 单位：mm5x；心x2也x3心x

8、4虫x546.72245.89546.12846.25146.310-1/l2九3丸4入59.3449.1799.2269.2509.262兀-Ax=（x6 一x1）上x7 X2上 聖滋x5） =9.252mm 25贝卩 G = 37.6110 9.25 10-m / 347.9m/ s下面计算声波速度的不确定度 先计算九的不确定度，（S （丸k - 丸）2 t心=0.0729mmB =0.01mmV5 1寸 5从而 u=+a2b =0.0736mm 山=0.01kHz匚b 剖 nv、2/ 、2 丄护1 nv 2/ 、2EJ（） 0） +（刃）（u所以 出忑彳（f）2（Uf）2+（m）2（u2

9、 =0.007 = 7% 求出 uv =VEv =347.9x0.7% 乏 2.4m/s 实验结果为；v W2.4）m/sEv = 0.7%实验结果分析及小结1. 驻波法实验结果表示为9 =（349.71.7）m/sEv = 0.5%2. 相位法实验结果表示为v = （347.9 2.4）m/sEv =0.7%误差分析：（1）发射换能器与接受换能器之间可能不是严格的驻波场（2）仪器的螺距误差可能存在（3）示波器上波形线条较粗，判断振幅最大有视觉误差（4）观察李萨如图形时，并不能十分准确控制每一次图形变 成直线时都是严格的直线（5）调节超声波共振频率会有定误差。实验的收获、总 结、体会1. 这次的实验让我有耳目 新的感觉，因为确实是第 次 开始完全靠自己去完成一个实验，当时做实验的时候觉得确 实挺难的，很多术语概念不熟悉，但是正是因为这样的一种 新的做实验的模式，才体现了大学生要学会自主学习、自主 完成任务的意识。尽管实验的两个小时里面并不能够将这个 实验所涵盖的所有有关知识都学会，但是却能够对这个实验 有了深刻的印象，而且在后来老师总结后，也能真正理解实 验原理了，并不仅仅局限于实验数据的记录。2. 其次，我觉得这个实验测声速的方法还有其他用处，不仅 仅是测得声波的速度，还可以测得其他一些以波的形式传播 的物质的速