大学物理实验声速测量实验报告

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1、声速测量一、实验项目名称：声速测量二、实验目的1•学会测量超声波在空气中的传播速度的方法2•理解驻波和振动合成理论3•学会逐差法进行数据处理4•了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力三、实验原理声波的传播速度u与声波频率/和波长的关系为：A=可见，只要测出声波的频率/和波长久，即可求出声速。/可由声源的振动频率得到，因此，实验的关键就是如何测定声波波长。根据超声波的特点，实验中可以采用儿种不同的方法测出超声波的波长：1.驻波法（共振干涉法）如右图所示，实验吋将信号

2、]发生器输出的正弦电压信号接到I发射超声换能器上，超声发射换能器通过电声转换，将电压信号变为超声波，以超声波形式发

3、射出去。接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波,经过空气传播，到达接收换能器。如果接收而和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉形成驻波。此吋，两换能器Z间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强）最小，而波节处声压最人。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端而声压的变化来判断超声波驻波是否形成。移动卡尺游标，改

4、变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化,记录下相邻两次出现最大电压数值时（即接收器位于波节处）卡尺的读数（两读数之差的绝对值等于半波长），则根据公式：A=就可算出超声波在空气中的传播速度，其中超声波的频率可由信号发生器直接读得。1.相位比较法实验接线如下图所示。波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接收点存在着位相差，而这位相差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输

5、入的止弦交变电压信号的位和关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形來观察。位相差0和角频率G、传播吋间t之间有如下关系：（p=a）'t同时有，⑵=2%,t=^/,2=Tv（式中T为周期）代入上式得：°二竽当'=（n=l,2,3,・・・）时，可得（p=n7io由上式可知：当接收点和波源的距离变化等于一个波长时，则接收点和波源的位相差也止好变化一个周期（即①二2n）。实验吋，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。当相位差改变兀时，相应距离/的改变量即为半个波长。根据波长和频率即可求出波速。四、实验仪器声速测量仪、示波器、信号源五、实验内容及步骤1、测量声速测定仪的共振频率：不

6、断改变信号源所产生的频率，观察波形2峰值的变化。通过旋转鼓轮观察波形2的峰值，当旋转鼓轮前进或倒退，2波形的最大峰值均减小，则此时为共振频率。2、用驻波法（共振法）测声速：示波器采用YT模式，记录节点的位置，节点处振幅为零即声压最大，对应的振幅最大，通过旋转鼓轮观察波形2的峰值，当旋转鼓轮前进或倒退，2波形的最大峰值均减小，则此目标为节点位置，记录此时的刻度，记为第一个节点，用同样的方法寻找下一个节点，直到第10个。3、用相位比较法（李萨如图形法）测声速：示波器转换成XY模式，通过旋转鼓轮找直线图形，记录此吋的刻度，依次记录10个相同形状的直线的位置。六、数据记录及处理（一定要有数据

7、计算的具体步骤，要进行不确定度的计算）1、驻波法f=37.3969KHz项目S?坐标（mm）Xix2x：＜Xix5x6x?x8x9x1051.89156.2756L57165.72870.15275.45179,48384.02989.31393.428逐差（5^x）—X]x7-x2x8-x3x9-x4X1O-X523.5623.20822.45823.58523.2765/1=IOAk•・•%=△x47.1246.41644.91647.1746.5525久的平均值46.43482讹汶住3创仃kH乙賢<9術”，離祐滋乐护芝君“阻"八对j入，5二总U“二0、方疝”〃@珂亍£谕处不确C

8、?危0仪什Rz,・Q入二勺、2*7。mm二"o'm、:函护二可（鄴沖（第奶:=A」*以*叹"泌尿尉十（辎覇.二外00”必用驻波法①测得V二347.3035（m・s"）②不确定度表达结果V=（347.3035±0.0093）m・s"③相对误差为1.1367%M縣迖y“士仏昭们，泗门恥。加“鉀必匕时/速理伦值角刃弘住

9、叶金躬％也必2、相位法f=37.3969KHz项目S?坐标(mm)Xix2x3X

10、X5X6x7X8X9X1094.139103.737112.2