声速测量实验报告

1、声速测量实验报告实验目的1.了解如何测量超声波在空气中的传播速度。2.理解驻波和振动合成的理论。3.学习使用差分方法进行数据处理。4.了解压电换能器的功能，培养综合运用仪器的能力。实验仪器信号发生器、双踪示波器、声速测试仪。实验原理声波传播速度与声波频率和波长的关系是：可以看出，只要测量声波的频率和波长，就可以计算出声速。它可以从声源的振动频率中获得，所以实验的关键是如何测量声波的波长。根据超声波的特点，实验中可以采用驻波法和相位法来测量超声波的波长。1.驻波法(共振干涉法)如图所示，在实验中，信号发生器输出的正弦电压信号连接到发射超声波换能器，换能器通过电声转换将电压信号转换成超声波，并以超

2、声波的形式发射出去。接收换能器通过声电转换将声信号转换成电压信号，然后将其发送到示波器进行观察。根据声波传播理论，具有一定频率的平面声波从发射换能器发射，并通过空气到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波和反射波相互干涉形成驻波。此时，两个换能器之间的距离正好等于声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处的声压(由于声干扰而超过静态大气压力的空气压力)最小，而节点处的声压最大。当接收换能器的反射界面为节点时，声压效应最大，示波器观察到的电压信号经接收器转换成电信号后的幅度也最大，因此可以从接收换能器端面声压的变化来判断是否形成超声驻波。移动游标卡尺并改变两个传

3、感器端面之间的距离，将在介质中一系列特定距离处产生稳定的驻波共振现象。此时，两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍。只要我们监控接收换能器输出电压幅度的变化，并记录最大电压值相邻出现两次(即接收器位于节点处)时的测径器读数(两次读数之差的绝对值等于半波长)，超声波在空气中的传播就可以根据以下公式计算：2.相位比较法下图显示了实验接线。波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在声波传播方向上，所有粒子的振动相位都一一滞后，每个点的振动相位都随时间变化。声波源和接收点之间存在相位差，这可以通过比较接收换能器输出的电信号和发射换能器输入的正弦交流电压信号之间的相位相关性来获得，并且可以通过示波器的

4、李萨如图来观察。相位差、角频率和传播时间t之间存在以下关系：同时，还有、(其中t是周期)代入上述公式：当(n=1，2，3，)，这是可以获得的。从上述公式可以知道，当接收点和波源之间的距离改变一个波长时，接收点和波源之间的相位差也正好改变一个周期(即=2)。在实验中，通过改变发射器和接收器之间的距离来观察相位变化。当相位差改变时，相应的距离改变半个波长。波速可以根据波长和频率来计算。3.ultraso在下图中，两个换能器的核心部件(压电片)由压电材料(如应时、锆钛酸铅陶瓷等)制成。)，其具有正压电效应(在应力下在两个电极之间产生不同的电荷，并且在两个电极之间产生电势差)和反压电效应(当在压电材料

5、的两端之间施加电压时会产生应变)。利用可逆效应，由压电材料制成的压电换能器可以实现声能和电能的相互转换。当左压电换能器s1处于交变电场中时，电能可以通过使用逆压电效应转换成作为声波发生器的声能。另一方面，右边的压电换能器s2使用正压电效应将接收到的声振动转换成电振动作为声波接收器。实验内容1.使用驻波法(共振法)测量声速：按图连接设备，将信号源调整到压电陶瓷换能器的固有频率，用“y2”作为示波器的叠加模式，选择“y2”或“y1/y2”作为内部触发电源，不断改变接收器位置，观察声压变化与接收器位置的关系，然后测量超声波波长。2.使用相位比较法(李萨如图法)测量声速：根据图示连接仪器设备，使用示波

6、器的叠加方式为“交替”或“间歇”，选择“y2”作为内部触发电源，按下示波器的“x-y”键，改变接收器位置，通过李萨如图测量超声波波长。数据处理1.驻波法(共振干涉法)数据表1=37.022千赫项目s2坐标(毫米)x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15x16x17x18x19x2024.02728.69633.26838.97342.64147.37552.15257.86262.56866.22871.97176.87380.47285.19889.70294.66599.248104.842109.143113.792循序渐进(10)x11-x1x12-x2

7、x13-x3x14-x4x15-x5x16-x6x17-x7x18-x8x19-x9x20-x1047.94448.17747.20446.22547.06147.29047.12346.98046.57547.5649.58889.63549.44089.24509.41229.45809.42469.39609.31509.5128平均值9.44286本发明先计算平均值，然后计算标准差，仪器误差取=0.001毫米；合成不确定性对于频率，只有类的不确定性不确定性结果：2.相位比较法数据表2=37.022千赫项目s2坐标(毫米)x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14

8、x15x16x17x18x19x2085.15395.359105.869114.261123.548133.959141.377151.721161.069170.524179.714189.052198.484208.893217.312226.520236.012245.341254.640265.137循序渐进(10)x11-x1x12-x2x13-x3x14-x4x15-x5x16-x6x17-x7x18-x8x19-x9x20-x1094.56193.36392.61594.63293.76492.56193.63593.62093.57194.6139.45619.33639.2

9、6159.46329.37649.25619.36359.36209.35719.4613平均值9.36935本发明先计算平均值，然后计算标准差，仪器误差取=0.001毫米；合成不确定性对于频率，只有类的不确定性不确定性结果：相关知识机械振动在介质中的传播称为机械波。声波就是这样的机械波。人耳能听到的声波称为可听声波，频率在20hz到20hz之间，频率低于20hz的声波称为次声波，频率高于20hz的声波称为超声波。声波在介质中的传播速度取决于介质的性质，通过测量声速可以研究介质性质和状态的变化。然而，在实际测量中，并非所有的声波频率都可以测量。次声波因其频率低、波长大而难以测量。可听声波干扰很大。只有超声波适合测量。由于其良好的方向性和集中的能量，频率超过20千赫的超声波信号实际上被测量。注意事项1.正确使用信号发生器和示波器；在实验中，信号源的输出通常被调整到峰峰值v左右。2.当用声速测量仪测量波长时，应注意将接收器