大学物理仿真实验实验报告超声波测声速

大学物理仿真实验实验报告
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超声波测声速
一实验原理
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。

本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。

声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。

下图是超声波测声速实验装置图。

驻波法测波长
由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：
的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：
( n =0,1,2,3……)
的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：
( n =0,1,2,3……)
二实验仪器
1）声速的测量实验仪器
包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
2）超声声速测定仪
主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。

函数信号发生器
提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。

4）示波器
示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。

并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。

三实验内容
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。

3．用相位比较法测波长和声速。

*注意事项
1．确保换能器S1和S2端面的平行。

2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f 0保持一致。

三 数据记录与处理
基础数据记录
谐振频率=
驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
λ的平均值：==∑=6
1
61i i λλ（cm ）
λ的不确定度：
)
1()(6
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ＝（cm ）
因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪= 所以，＝仪∆=
3
32λ
u （cm ）
=+=22λ
λλσu S （mm ） 计算声速：
50.354==λυf （m/s ）
计算不确定度：
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=%
相位比较法测量声速
表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π）
λ的平均值：==∑=7
1
71i i λλ（cm ）
λ的不确定度：
)
1()(7
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ＝（cm ）
因为，λi = (1i+7-1i ) /7，Δ仪= 所以，＝仪∆=
3
72λ
u （cm ）
=+=22λ
λλσu S （mm ） 计算声速：
31.353==λυf （m/s ）
计算不确定度：
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示：υ=（353±3）m/s ，B=%
四 实验结论
1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s
2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s
五 实验思考题
1．固定距离，改变频率，以求声速。

是否可行
答： 能。

因为v = f λ，已知频率f ，而且波长λ也能通过示波器图像读 出 所以可以用驻波法测量出声速。

各种气体中的声速是否相同为什么
答：不同。

声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。