声速测量实验报告

1、声速测量实验报告姓名：陈岩松班级：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所以只要测得声波的频率f和波长就可以求得声速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 X,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2H的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即1 =筋（n为

2、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，右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于半波长的整数倍时，叠加后的波 就形成驻波。此时相邻两

3、波节间的距离等于半个波长2。当2发生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 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上。2实验仪器实验内容及步骤声速测量仪、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）根据实验给出的压电换能器的振动频率

4、f，将信号发生 器的输出频率调至f附近，缓慢移动S2，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，读出共振频实验连线图示1（狂波法）率f。（3）在共振条件下，将S2移近Si，在缓慢移开S2，当示波器 上出现振幅最大时，记下S2的位置X0（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,Xi0（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XY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) 在共振条件下，使S2靠近S

5、i，然后慢慢移开5,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S2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 一直线时游标卡尺的读数X； x2,X；。(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）:数据处理及记录23.39123.23223.14323.17223.2639.35649.29289.25729.26889.305289.06893.19897.976102.679107.185111.756116.589121.208125.822130.357135.

6、019由上表可得下表（其中厶Xi二Xi .5-Xi，i = " 2单位：cm）5下面用逐差法求声波波长，X =(X6 Xi) (X7 X2)(X10 X5)25=(116.589 93.198) +(121.208 97.976) + + (130.357 111.756) mm25=4.648 mm则波长'=2 x =9.296 mm30f ' =37.613 109.296 10 m/s ： 349.7m/s下面计算声波速度的不确定度> A先计算的不确定度，.1 C'k _ ' ) tk-： 0.95 =0.0466mmB =0.01mm从而

7、5-1、5所以2(uf )2 +(丄)2(u"2 =0.005 = 5%flnv二/、2 Jnv二/ 、2-)(uf)()(u )u, = J© + 圧=0.0476mm Uf =0.01kHzfit求出 uv 二 vEv = 349.653 0.5% ： 1.748m/s实验结果为J=(349.7".7)m/sEv = 0.5%2.相位法 数据记录（单位：mr）138.942148.180157.406166.548175.821184.903194.902203.355212.676222.072231.213从而得到下表（也X： = x® - X：

8、 ， =L单位：m）5亍 _ 馭=0 x1）上0 _至）上 里X；。_ x5） =9.252mm25贝卩 G= f 瓦=37.613 x103x 9.252 x 10m/s 痒 347.9m/s下面计算声波速度的不确定度先计算入的不确定度，在（扎k -G2 t也 a广二0.95 =0.0729mm AB =0.01mm51V5从而 u讦+丘=0.0736mm Uf =0.01kHz1 8ln v 22 cln v 22Ev=J（=-）2（Uf）2 十（一r）2（%2 所以W= j（f）2（Uf ）2 +（2（U）2 =0.007 = 7%求出 uv =VEv =347.9 汇0.7% 常 2.

9、4m/s实验结果为片（347.9±2.4）m/s且=0.7%实验结果分析及小结1. 驻波法实验结果表示为2. 相位法实验结果表示为误差分析：（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一定误差。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

10、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 的物质的速度。比如假设实验仪器够精密，以此实验的实验 方法，利用光具有波的性质，是可以测出光速的。实验原始数据r -"? * 8卜 o68m财X|； ”（了&财力X2：X厂（oz6幣加X© 二 I* |8 kvi 眄y? - hi %2、相伍询刑|7® 5 1乂 壯"m