声速-试做报告

声速测量石家庄铁道学院第2页共4页大学物理实验报告石家庄铁道学院第1页共4页实验名称：声速测量姓名 张变芳 学号班级 评分第 组桌号评分实验时间20年 月日实验目的1.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系2.学习两种测量空气中声速的方法实验仪器与器件声速测定仪；低频信号发生器；示波器；电缆线三条实验原理及计算公式：1.声波在空气中的传播速度在理想气体中的传播速度：式中是气体的比热比和摩尔质量，T为绝对温度，R为普适气体常数。由上式可知，声速仅与气体的温度和性质有关，与声源的频率无关。在传播媒质的温度为t0C2.测量声速的实验方法声速v、声波频率f和波长的关系为：声波频率f可直接由信号发生器的频率读出，本实验的主要任务是测量声波的波长。波长可以用下面两种方法测量：（1）共振干涉法：声波在S1（声波源）、S2（接收器）之间，形成相互干涉叠加，叠加的波可近似地看作具有弦驻波加行波的特征。根据驻波波节与波长的关系：L波节=可测量波长。（2）相位比较法：根据行波以下特点：沿波传播方向上的任何两点，其相位和波源的相位之间的相位差相等时，这两点间的距离就是波长的整数倍。据此可以测量波长。实验内容及步骤1共振干涉法测声速（1）按图7-5-4接好实验装置。即：声波源S1与低频信号发生器相接，接收器S2与示波器相接。调节S1和S2的端面相互平行，并与移动方向相互垂直；调节信号发生器的频率参数（大约30-60KHz），使S1与S2形成共振。当系统发生共振时，在示波器屏上将看到合成振动图形。且声压最大处对应图形的波节位置。（2）先进行粗测，在示波器屏上观察在测量范围内是否保证有10个清晰的测试点。然后测量L值。2相位比较法测声速（1）按图7-5-6接好实验装置。即：声波源S1与低频信号发生器_相接并与示波器Y输入端相接，接收器S2与示波器的X输入端相接。调节S1和S2的端面相互平行，并与移动方向相互垂直；调节信号发生器的频率参数（大约30-60KHz），使示波器屏上看到李萨如图形。当示波器屏上出现_斜直线时，即为测量点的标记位置。（2）先进行粗测，在示波器屏上观察在测量范围内是否保证有10个清晰的测试点。然后测量L值。五、实验内容及实验数据处理1．共振干涉法测声速（声源频率；室温）振幅最大位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9LI测量值44．1667．0249．5871．6053．9876．0058．4480．4462．6084．90(mm)22．8622．1222．0222．0022．30(mm)22．260.21(mm)8．900.084(m/s)345.7=0.030%0.1(m/s)342.33.42相位比较法空气中声速（声源频率；室温）位相差的位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li测量值47.2270,1252.2274.4256.8279.8061.3484.1065.7688.42(mm)22.9022.2022.9822.7622.66(mm)22.700.18(mm)9.080.072(m/s)352.6=0.010%0.1(m/s)342.310.32相位比较法水中声速（声源频率；室温）位相差的位置L0L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li测量值44.66150,8666.58172.3288.44193.62109.88214.00130.10234.10(mm)106.20105.74105.18104.62104.00(mm)105.150.51(mm)42.060.20(m/s)1633.06=0.013%0.2定性分析测量结果的误差原因1、读数误差2、系统误差3、室温影响预习作业题声速与那些因素有关？测量时为什么选择超声波作为声源？答：由公式可知，声速仅与气体的温度和性质有关，与频率无关，，又由于超声波具有波长短，易于发射，易定向传播等优点，所以在超声波进行声速测量较为方便。为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？怎样判断并调整系统的谐振状态？答：换能器在谐振频率条件下，测量系统始终处于共振条件下，此时信噪比足够大，便于实验。将S1和S2靠近，调节信号发生器的频率在30—60Hz变动，当示波器光屏中波形出现振幅最大，此时频率便接近S1的谐振频率。然后再仔细微调信号发生器的输出频率，使示波器上的信号达到最大值，此为谐振频率。七、课后作业题1．用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？答：相同点：利用公式求声速，均以改变S2对S1位置测入。不同点：前者利用反射点为驻波波节时接受能量最大的特点，所以要求S2与S1要平行，并与传播方向垂直。后者利用发射相位与接受相位之间关系来判断，不要求S2与S1平行。定