声速测量实验报告(2)

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和波长之间的关系是V f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,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的整数倍，这两点的距离等于波长的

2、整数倍，即In （ 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，总可以找到一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行，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

3、波 就形成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长-。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。实验连线图示1（驻波法）（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，读出共振频率f。（3）在共振条件下，将S2移近SI ,在缓慢移开S ,当示波器 上出现振幅最大时，记下S2的位置Xo（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X1,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S ,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S2的位置xo(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X,X2,Xio(4) 用逐差法算出声波波长的平均值。共振频率f1.驻波法=37.613kHz数据记录如下（单位：mm :XoX1X2X3X489.06893.19897.976102.679107.185X5X6X7X8X9X10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得卜表（其中 Xi Xi 5 Xi,i Xi 2 单位：

6、Cm)5X1X2X3X4X523.39123.23223.14323.17223.26312345数据处理及记录据处理及记录9.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求声波波长、” _(X6 Xj (X7 X2)(X10 ×5)25=(116.58993.198)(121.208 97.976)(130.357111.756)'7 mm25IInlI=4.648 mm贝S波长=2 X =9.296 mmV f =37.613 103 9.296 10 3ms 349.7m/s下面计算声波速度的不确定度先计算的不确定度，f5(k ")2

7、tA¥ =0.0466mmB =0.01mm»515从而实验结果为2.相位法则VE所以=0.0476mn, Uf 0.01kHzIn V 22f ) (Uf)(In V 22)(U )V (349.7 1.7)msEV 0.5%X0X1X2X3X4X5138.942148.180157.406166.548175.821184.903X6X7X8X9X10194.902203.355212.676222.072231.213数据记录（单位：mmX1X2X3X4X546.72245.89546.12846.25146.310123459.3449.1799.2269.2509

8、.262(X6 Xi) (X7 X2)从而得到下表（x，i W单位：mm(X10X5) =9.252mm2537.613 103 9.252 10 3ms 347.9ms下面计算声波速度的不确定度先计算的不确定度，( k 了 tA Ik 1095 =0.0729mm B =0.01mmY5 15从而 U J2a 2B =0.0736mm Uf 0.01kHzEVJ( YU)2 ( ""U)2所以、fJ(f)2(Uf)2(丄)2(u )20.0077%求出 UV VEV 347.9 0.7% 2.4ms实验结果为V Y47*9 24)m/SEV 0.7%实验结果分析及小结1.

9、 驻波法实验结果表示为V （349.7 1.7）msEV 0.5%2. 相位法实验结果表示为V （347.9 2.4）msEV 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

10、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。实验原始数据議勺:%。J 2厲M 2馬i 诫 VX f iL”摒获肆戶VP“皿WI也m*Y厂Hl平&浮啊-一一-：2存目伍號纲令圭* 初壮T *凡为關 j 现；=Bg中上籾5卅“(|9侮Em 二朽"亦蹲 篦I Id必册和 況二*从*耳你初XJr斡JM