声速测量实验报告.pdf

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1、声速测量实验报告实验目的：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。实验仪器：信号发生器、双踪示波器、声速测量仪。实验原理：声速v、声波频率ƒ和波长λ之间的关系为v=ƒ*λ可见，只要测得声波的频率f和波长λ,就可求得声速V，在本实验中，声波频率f为信号发生器产生超声波的频率，直接有信号发生器显示，所以只要测出声波波长λ，即可确定声速，而测量波长常用的方法有驻波法和相位法.谐振时，声波频率就是信号发生器输出频

2、率。因此，声速测量的直接测量量就是声波的波长。常用的测量方法有驻波法和相位比较法两种。1.驻波法测声速实验装置如图3-22-3所示。图中两个超声换能器间的距离为L，其中左边一个作为超生源（发射头S1），信号源输出的正弦电压信号接到S1上，是S1发出超声波；右边的作为超声的接收头S2，吧接收的声压转变成电信号后输入示波器观察。S2在接收超声波的同时，还向S1反射一部分超声波，当S1和S2表面相互平行时，S1发出的超声波和由S2发射的超声波在S1和S2之间的区域干涉而形成驻波共振现象。沿x方向的入射波的方程为xyA

3、cos2(ft)1沿负x方向反射波的方程为xyAcos2(ft)2两拨相遇干涉时，在空间某点的合振动方程规则为xx2xyyyAcos2(ft)Acos2(ft)(2Acos)cos2ft12上式为驻波方程。nx当2(n1，2，)时，声振动振幅最大，为2A，称为波x(2n1)腹。当4(n1，2，)时，声振动振幅为零，这些点称为波节。其余各点的振幅在零和最大值之间。两相邻波腹（或波节）间的距离为2，即半波长。一个振动系统，当激励频率接近系统的固

4、有频率时，系统的振幅达到最大，称为共振。当信号发生器的激励频率等于驻波系统的固有频率时，发生驻波共振，声波波腹处的振幅达到相对最大值，此时便于测出波长，再由vf，可求出声速。2.相位法波是振动状态的传播，沿传播方向任一点与波源之间存在相位差ΔΦ，ΔΦ与频率f、波速v及传播距离L间的关系为ΔΦ=ωt=2πfL/V=2πL/λ将S1和S2的正弦信号分别接入示波器的X通道和Y通道，示波器上显示李萨如图形。移动S2时相位差发生变化，图形随之变化。当相位差变化2π，即ΔL=L2-L1=λ时出现相同图形，由此测量λ；则

5、v=fλ=fΔL实验内容熟悉仪器参照有关内容，熟悉信号源及示波器面板上个按钮和旋钮的作用以及它们的操作方法，特别应注意相关的注意事项。2.驻波法（1）将两换能器间的距离调到5cm左右。打开信号源电源，输出波形选正弦波。仔细调节示波器，是屏幕上出现稳定的正弦波波形。此时示波器接收到的信号强度可能比较弱，因此，在调节时需要适当放大信号。f（2）寻找换能器的谐振频率0。调节信号源的输出频率微调旋钮，将输出频率从30kHz逐步增大，同时仔细观察示波器屏幕上信号振幅的变化，当振幅变化到最大时，信号源的输出频率就是换能器的谐

6、振频率。（3）测量。逐步增两换能器之间的距离，记录下每次l信号振幅变化到最大时接收换能器的位置i，连续测10点，将数据填入表中，用逐差法处理数据。3．相位比较法（1）准备。将两换能器间的距离调到5cm左右。调节示波器，是屏幕上出现稳定的、大小适中的李萨如图形。（2）测量。逐步增加两块换能器间的距离，屏幕上的李萨如图形会作周期性的改变。选直线做初始状态，以后每当出现和初始直线斜率相同的斜线时记录下接收器的位置li，连续测10点，将数据填入表中，用逐差法处理数据。数据处理与结果1.驻波法测声速S2坐标/mm项X1X2

7、X3X4X5X6X7X8X9X10目46.550.954.659.163.868.372.877.582.286.788851042502082243200逐差X11-X1X12-X2X13-X3X14-X4X15-X510Δx44.72245.02545.92846.06345.978λ(λ8.9449.0059.1869.2139.196/2=Δx)λ的平均9.151值单位（mm)共有二十组数据，不一一列出，在原始数据中2.相位法S2坐标/mm项X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10目29.938.645

8、.454.763.872.982.291.5101.110.8583750208009866768970逐差10X11-X1X12-X2X13-X3X14-X4X15-X5Δx89.19090.80293.15593.13492.295λ(λ=8.9199.0809.3169.3139.230Δx)λ的平均9.179值共有二十组数据，不一一列举，下面附上原始数据数据处理2