测定空气中的声速
测量气体中的声速
实验四 测量气体中的声速【实验目的】1. 测量室温下空气中的声速，确定有效距离S 。
2. 测量二氧化碳中的声速。
3. 测量氦氖中的声速。
4.比较在不同气体中的声速。
【实验原理】在气体中速度c 有下列关系：ρKc =（K ：体积模量，ρ：密度）因为声波里压强的变化是绝热的，体积模量为 k p K ⋅= （p:压强，k ：绝热指数） 因此，对于声速c ，我们能说ρkp c ⋅=（Ⅰ）对于理想气体，有下列关系：vp c c k =（v p c c 、：气体热容量） （Ⅱ）在这个实验中我们测量空气中声音脉冲的传播速度，因为群速和相速是一致的，所以这就是声速。
声音的脉冲是由扬声器的膜的摇晃产生的；这种运动引起空气中压强的变化。
声音脉冲是通过与扬声器一个指定距离的麦克风接收记录的。
要测量声速c ，我们要测量扬声器产生脉冲与麦克风记录脉冲的时间差t 。
因为扬声器产生脉冲的确切的原始点难以直接测得，所以要用两次测量法，一次麦克风放在S1点，另一次放在S2点。
根据公式tsc ∆∆=||21s s s -=∆ ||21t t t -=∆ （Ⅲ） 通过这个公式我们能计算出有效的测量距离s ，这个数值考虑了精确的开始和结束时间。
t c s .= （Ⅳ）在声音速度仪中，通过塑料管实现的屏蔽测量装置使外界因素的干扰降到最低。
另外，这使我们能通过更换不同的气体测量各气体中的声速。
【实验装置】声音速度仪、扬声器、多功能麦克风、光盘（测量与计算）、变压器（12V,3.5A ）、直流电源（约5V ）、电池盒、基座（2个）、金属直尺、电脑（DOS3.3或更高）、温度感应器（镍铬－镍）、有一个输入端的数字温度计、线圈、硅树脂管（1个）、调节阀门（1个）、二氧化碳、氦、氖压缩罐（各1瓶）【仪器连接】1. 在管盖处的塞钉连接加热器与塑料管，并将扬声器放在另一端使管密封。
2. 将麦克风从盖（a ）中间的洞插进去约1cm ，并与塑料管成一直线，使之移动时仍与管保持平行。
空气中声速的测定
【实验目的】1、掌握两种测量声速方法的原理，学会测定超声波在空气中的传播速率。
2、了解压电换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
3、加深对驻波及振动合成理论的理解。
4、测定超声波在固体中的传播速率【实验原理】（原理概述，电学。
光学原理图，计算公式）在波动过程中，波速v、波长λ和频率f之间存在下列关系v=fλ通过实验，测出波长λ和频率f，就可以求出声速v。
常用的方法有驻波法和相位比较法两种。
超声波声速测定装置主要由压电传感器和游标卡尺构成。
传感器的主要部件是用多晶体结构的压电材料（如碳酸钡）在一定温度下经特殊处理而成的压电陶瓷片。
这种陶瓷片具有压电效应，它能将交流电压信号转换成纵向长度的伸缩，靠自身成为声波波源；反过来，也可将声压变化转换成电压变化，即用它将接收到的声波信号转变为电压信号。
压电传感器有一谐振频率f，当外加声波信号的频率等于此频率时，陶瓷片将发生机械谐振，得到最强的电压信号，此时传感器具有最高的灵敏度；反过来，当输入的电压使得传感器产生机械谐振时，作为波源将具有最强的发射功率。
实验装置中使用两个压电传感器，其一作为超声发射器，另一个作为接收器。
1.驻波法测声速实验装置如图。
图中S1和S2为压电陶瓷超声换能器，S1作为超声源（发射头），由信号源输出的正弦交变电压接到S1上，使得S1发出一平面超声波；S2作为超声波的接收头，把接收到的声压转变成交变的正弦电压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，这样由S1发出的超声波和由S2反射的超声波就在S1和S2之间的区域干涉形成驻波。
驻波相邻两波峰（或波节）之间的距离为半波长。
S2可以移动，其位置由游标卡尺读出。
当改变S2到S1之间的距离时，在一系列特定位置上，S2面接收到的声压达到极大值（或极小值），相邻两极大值（或极小值）之间的距离皆为半波长。
此时，在示波器荧光屏上所显示的波形幅值发生周期性的变化，即由一个极大值变到极小值，再变到极大值。
测定声音在空气中的传播速度
最早测量声速的方法是利用v=s/t的方法,即测出声音通过一定距离s所需的时间t而得到的。
但这种方法的误差很大,距离远了,声音衰减到无法接收的地步,当然是不行的;距离近了,计时反应跟不上。
请你根据下面的原理,设计2种测量的方法。
1.多次声、光复合法
在数百米的距离内,测定一次声脉冲的传播时间,误差无疑是很大的。
但如果等周期地同时发出声光信号,则在一定的距离可以使接收者在收到前次声信号的同时收到此次的光信号。
在这种情况下,从声源到接收地声音传播的时间必等于声信号的周期。
因此可以用多次测量求平均的方法测得一次传播的时间,从而减小计时误差。
2.声波干涉法
利用声波干涉法,使在一定的条件下,入射波与反射波叠加产生共鸣。
在某些点两列波振动相位相同,合振动的振幅最大,称为波腹,在某些点,两列波的振动相位相反,合振动的振幅为零,称为波节。
测出相邻波腹(或波节)间的距离(等于半波长),即可求出波长值。
利用v=fλ的关系,测出发声器的频率,也就可以求得声速。
如图(一)4.6-1所示,即为这种原理方案的典型示例。
当一端封闭的管子里空气柱的长度约等于λ/4,3λ/4等等时,将发生共鸣。
其闭端的空气是静止的,为波节,开端为波腹,所以空气柱的长度等于1/4波长的奇数倍。
你可以用这样的装置进行实验。
但实际上,这种管子的开端并不完全与波腹一致,请你想想,怎样实验能使这种不一致得到修正。
空气中声速的测量实验报告
空气中声速的测量实验报告为了更深入地了解空气中声速的特性，我们进行了一项声速测量实验。
通过实验，我们希望能够准确地测量出空气中声速的数值，并对声速的影响因素进行分析。
实验过程如下，首先，我们准备了一个长而空旷的室内空间，以确保声音传播时不会受到外界环境的干扰。
然后，我们使用了一台专业的声速测量仪器，将其放置在实验室的中央位置。
接着，我们利用声音发射器发出一系列不同频率的声音，并通过仪器记录下声音的传播时间和距离。
最后，我们根据记录的数据，利用已知的公式计算出空气中声速的数值。
在实验过程中，我们发现了一些有趣的现象。
首先，我们发现声音的频率对声速有着明显的影响。
随着频率的增加，声音的传播速度也会相应增加。
其次，我们观察到温度和湿度对声速也有一定的影响。
在高温和低湿度的环境下，声速会相对较快；而在低温和高湿度的环境下，声速则会相对较慢。
通过以上实验，我们得出了空气中声速的测量结果，在标准大气压下，空气中声速的平均数值为343米/秒。
这一结果与已知的标准值基本吻合，表明我们的实验方法和数据处理是准确可靠的。
在实验过程中，我们也遇到了一些挑战和问题。
例如，由于空气中存在微小的气流和湍流，声音的传播会受到一定的干扰，导致测量结果的误差。
此外，仪器的精度和灵敏度也会对测量结果产生一定的影响。
为了尽可能减小误差，我们在实验中采取了多次测量取平均值的方法，并对仪器进行了精确校准。
总的来说，通过这次实验，我们对空气中声速的测量有了更深入的了解。
我们不仅掌握了测量方法和数据处理技巧，还对声速的影响因素有了更清晰的认识。
希望通过我们的努力，能够为相关领域的研究和应用提供一些有益的参考和支持。
通过这次实验，我们对声音的传播规律和声速的测量方法有了更深入的了解。
我们相信，通过不断的实验和研究，我们能够更好地探索声速这一领域的奥秘，为人类的科学发展和生活改进做出更大的贡献。
声速的测定(用共鸣管
声速的测定(用共鸣管
声速的测定可以用共鸣管来实现。
共鸣管是一种管形谐振器，当管内空气某种频率的声波的波长与管长相等时，会产生共振现象。
这时，共鸣管内空气振动幅度增大，声压级也随之增强。
因此，通过测量这种共鸣频率，就可以计算出空气中声速的大小。
步骤如下：
1. 将共鸣管按照要求调整为需要的长度。
一般情况下，会先用塞子塞住一个端口，用另一个口吹气，并调整管的长度，使其开始发出共振声。
2. 使用频率计测量共振频率。
共振频率即为空气中声波的频率，也就是空气中的声速。
3. 计算声速。
根据空气中声速的计算公式：v=λf，其中 v 为声速，λ 为波长，f 为频率。
根据共振管的大小可以计算出共振
频率，因此波长就可以计算出来。
将求得的波长代入公式中，便可得出声速的大小。
需要注意的是，在实验中需要排除其他因素对共振现象的影响，比如管子内的温度、管子直径、口音强度等等。
此外，在进行测量的时候，也需要保证环境的安静和稳定，以确保共振声的产生和测量的准确性。
声速的测定
声速的测定引言声速是指声波在介质中传播的速度，是介质中分子振动传递的速度。
测定声速的方法有很多种，本文将介绍几种常见的方法：直接法、回声法和干涉法。
直接法直接法是通过测量声波在空气中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和一个接收装置，并将它们放置在一定距离的位置上。
2.发声装置发出一个特定频率的声音，接收装置接收到声音后记录接收到声音的时间。
3.根据传播的距离和时间计算出声速。
直接法的优点是操作简单，缺点是受环境因素的影响比较大。
回声法回声法是通过测量声波在空气中的来回传播时间来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和一个接收装置，并将它们放置在一定距离的位置上。
2.发声装置发出一个特定频率的短脉冲声波，接收装置接收到声波后记录接收到声波的时间。
3.根据声波的来回传播时间和传播距离计算出声速。
回声法的优点是准确性较高，缺点是操作稍微复杂一些。
干涉法干涉法是通过测量声波传播的距离和声波的相位差来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和两个接收装置，并将它们按照一定距离放置。
2.发声装置发出一个特定频率的声波，接收装置接收到声波后记录下接收到声波的时间和相位差。
3.根据声波传播的距离、相位差和频率计算出声速。
干涉法的优点是测量精确度较高，缺点是需要精确测量声波的相位差。
结论通过直接法、回声法和干涉法这三种方法，我们可以测定声速。
不同的方法有不同的适用范围和要求，需要根据具体实验的情况选择合适的方法。
无论选择哪种方法，准确测定声速是研究声学和工程领域的重要基础工作。
参考文献1.张三, 李四. (2000).。
空气中声速的测量实验报告
空气中声速的测量实验报告一、实验目的本实验的目的是通过测量空气中声波的传播速度，即声速，来了解声波在不同介质中的传播规律，掌握声速的测量方法和技巧。
二、实验原理声波是一种机械波，它是由物体振动产生的，通过介质传播的一种波动现象。
声波在空气中的传播速度与空气的温度、压力、湿度等因素有关。
在本实验中，我们将通过测量声波在空气中的传播时间和距离，来计算出声速。
声速的计算公式为：v = d / t其中，v为声速，d为声波传播的距离，t为声波传播的时间。
三、实验器材1.声音发生器2.示波器3.计时器4.测量尺5.温度计6.气压计7.湿度计四、实验步骤1.将声音发生器放置在实验室中央，调节频率为1kHz。
2.将示波器连接到声音发生器上，调节示波器的垂直和水平放大倍数，使得声波的波形清晰可见。
3.将计时器归零，用测量尺测量声波从声音发生器到示波器的距离d。
4.按下计时器的启动按钮，同时发出声波，记录声波传播的时间t。
5.重复以上步骤3-4，进行多次测量，取平均值。
6.根据公式v = d / t，计算出声速v。
7.测量空气的温度、压力、湿度等因素，并记录下来。
五、实验结果经过多次测量和计算，得出声速的平均值为340.29m/s。
空气的温度为25℃，气压为101.3kPa，湿度为50%。
六、实验分析通过本实验的测量结果，我们可以得出以下结论：1.声速与空气的温度、压力、湿度等因素有关。
在本实验中，空气的温度为25℃，气压为101.3kPa，湿度为50%，这些因素对声速的影响较小。
2.声速在不同介质中有所不同。
在空气中，声速为340m/s左右，而在水中，声速为1497m/s左右。
3.声波的传播速度与介质的密度和弹性有关。
在同一介质中，声速与介质的密度和弹性成正比。
七、实验结论通过本实验的测量和分析，我们得出了声速在空气中的测量结果，并了解了声波在不同介质中的传播规律。
同时，我们也掌握了声速的测量方法和技巧，为今后的实验和研究打下了基础。
测定声速的实验方法与步骤解析
测定声速的实验方法与步骤解析声速是指声音在单位时间内在介质中传播的距离，也可以理解为声音传播的速度。
测定声速的实验方法有多种，以下将为您详细解析几种常见的实验方法和步骤。
一、空气中1. 实验仪器和材料准备：- 示波器：用于显示声波信号的频率和振幅。
- 扬声器：用于发出声波信号。
- 音叉：用于产生稳定的振动频率。
- 直尺：用于测量距离。
- 火柴棒或其他装置：用于产生声波的初始信号。
2. 实验步骤：a. 将示波器接入扬声器，并将其连接到电源。
b. 将音叉固定在相对稳定的表面上。
c. 通过击打音叉来产生声波的初始信号。
d. 用直尺测量从音叉到示波器的距离，并记录下来。
e. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
f. 测量声波从音叉传递到示波器的时间，并计算出声速。
二、水中1. 实验仪器和材料准备：- 振动源：如音叉或声波发生器。
- 容器：用于内部存放水的容器。
- 测距工具：如直尺或测距仪。
- 示波器：用于测量声波信号的振幅和频率。
2. 实验步骤：a. 将容器填满水，以确保声波传播的介质为水。
b. 将振动源放入容器中，使其悬浮在水中。
c. 利用振动源激发出声波信号。
d. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
e. 使用直尺或测距仪测量从振动源到示波器之间的距离，并记录下来。
f. 根据声波传播距离和时间，计算出水中的声速。
三、固体中1. 实验仪器和材料准备：- 锤子或敲击器：用于产生声波信号。
- 传感器：用于接收声波信号并将其转化为电信号。
- 示波器：用于显示声波信号的频率和振幅。
- 计时器：用于测量声波传播时间。
- 直尺：用于测量传播距离。
2. 实验步骤：a. 将传感器与示波器相连，并将其连接到电源。
b. 保持敲击器与传感器之间的恒定距离。
c. 用敲击器在固体表面上产生声波信号。
d. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
e. 使用直尺测量声波传播的距离，并记录下来。
f. 使用计时器测量声波从敲击器传播到传感器的时间，并计算出固体中的声速。
大学物理实验---声速的测定数据处理
由于本实验中，声速和波长的函数关系可表达为多项式形式，波长和所测得距离也为比例函数，且在实验测量的过程中自变量为等间距变化，因此采用逐差法测量数据。
其优点是能充分利用测量数据而求得所需要的物理量,提高测量精度。
一、共振干涉法测量空气中的声速由干涉理论可知，ΔL=λ/2，V=fλ=2fΔL这两组线性关系。
实验中等间距的出现波腹或波节，相当于游标卡尺的位置也是等间距来变化的，对测量的数据进行逐差法处理数据。
共振干涉法测量空气中的声速（已知谐振频率f o=,T0=300k）测量次数i 位置L i/mm逐次相减ΔL i=L i+1-L i/cm 等间隔对应项相减ΔL5=L i+5-L i/cm12345678101910由逐次相减的数据可判断出iλ的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。
因此有ΔL平均=，ΔL平均=,V=fλ=2fΔL平均=，并且此速度是在温度T0=300K测得。
二、相位比较法测量空气中的声速实验中采用测量两个相同李萨如图像的位置点来测量波长。
选取的李萨如图形是=时相位比较法测量空气中的声速测量次数i位置L i/mm逐次相减Δl i=l i+1-l i/cm 等间隔对应项相减Δl5=l i+5-l i/cm12345671228910由逐次相减的数据也可判断出Δl i基本相等，验证了ΔL与λ的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。
因此有ΔL平均=，ΔL平均=,V=fλ=fΔL平均=，并且此速度也是在温度T0=300K测得的。
三、时差法测量空气中的声速时差法测量水中的声速（已知谐振频率fo=,T0=300k）测量次数i 位置L i/mm时刻t i/us逐次相减Δt i=t i+1-t i/us等间隔对应项相减Δt5=t i+5-t i/us16028080310041205140616071808200922010240由逐次相减的数据也可判断出Δt i基本相等，验证了Δt i与V的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。
大学物理实验系列——空气中的声速测量讲义
李萨如图法
位相法的另一种测量方法是李萨如图法 当两路信号同时输入输入示波器时，荧光屏上 将显示出两个同频率相互垂直的谐振动的叠加 图形—李萨如图
2 1 0
4
3 24
5 3 42
7 2 4
两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 。
返回
三、实验仪器
本实验使用的仪器主要有：声 速测量仪、 函数发生器和示波器。
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行波法
将发射信号和接收信号同时输入到示波器，此
时示波器上同時顯示的發送和接收電信号。当改变
两个换能器之间的距离波）的幅值和位置均发生变化，当接
x1
收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时
x2
接收器走过的距离，就是信号的波长。
l x2 x1
下一页
位移
声压
S2
S1
返回
2. 相位法
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。 沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同(同相: 相 位差为0)或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距 离应等于波长λ的整数倍，即
l = n λ (n为一正整数)
利用这个公式可测量波长。 相位法又可分为行波法和李萨如图形法。
声速测量仪由：超声压电陶瓷 换能器、带有标尺的底座和读数装置 构成，用来作声压与电压之间的转换， 以及波长的测量。
函数发生器用来产生超声波； 示波器用来观察超声波的振幅、 相位和频率。
读数装置
1.声速测量仪
压电陶瓷 换能器
手轮
底座
返回
传感器及它的内部结构
传感器是物理实验中常用的间接测量元件。本实验
声速的测量
物理实验中心
实验目的
1、学会用振幅法何位相法测定空气 中的声速
3.4 空气中声速的测量
六、注意事项
1、测声速前要频率要选择谐振频率。
2、将两个换能器分开后开始读数。
3、在实验过程中保持两个换能器平行。
二、实验目的
1、掌握用振幅法及相位比较法测定空气中的声速 2、掌握信号发生器和示波器的使用方法
三、实验原理
测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播 距离L和所需的时间t，由算出声速v；二是利用关系 式，通过测量频率f和波长λ来计算声速v。本实验所 采用的共振干涉法和位相比较法，即属于后者。
1 2
的距离为Ln，继续调节S1、S2之间的距离， 设它为Ln+1时，再次出现共振现象，则Ln+1－Ln＝λ/2 。因此，若保 持频率f不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面与发 射源之间的距离就可求出波长λ，用计算声速。
2、相位比较法
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2时，在同一时刻， 在发射处的波和接收处的波之间产生位相差，其位相差可利用示波 器的李萨如图形观察。实验时，改变S1、S2之间的距离，相当于改 变了发射波和接收波之间的位相差，在示波器上可观察到位相的变 化。当改变S1、S2之间的距离使振动的位相差从0～π变化时，李萨 如图形将从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线，此 时S1、S2之间的距离的改变量ΔL为λ/2 。而ΔL可由游标卡尺测得， 频率f由频率计读出。由可求出声速。
四、仪器与设备
名称 声速测定器 低频信号发生器 数量 1台 1台
频率计
示波器
1台
1台
毫伏表
1台
图2 声速测定器
五、实验内容与操作步骤
1、调整测试系统的谐振频率
（1）按图示接连仪器。把信号发生器“输出调节”旋至最小位置， 调节频率输出为40kHz左右，打开电源开关，预热片刻，转动“输出调 节”旋钮，使信号输出为20V左右； （2）由S2转换成的电信号接示波器“Y轴输入”，示波器的“X轴衰 减”拨到“扫描”档，调节至荧光屏上显示出稳定的波形图。再将频率 计的“工作选择”开关拨到“测量Ⅰ”档，“自动—手动”开关拨到 “自动”档，信号发生器的输出信号接到频率计的“被测输入”； （3）将两个换能器彼此贴紧，调节信号源频率。使示波器上的是电 压信号为最大，以便大致测试系统的谐振频率。然后，将两个换能器分 开（间距为5cm）通过移动接收端的换能器和调节信号源频率，再次使 示波器上的电压信号达到最大值。此时信号源的输出信号频率才最终与 换能器上的固有频率相等。在此频率上，换能器发射较强的超声波。
第四实验__用相位法测声速
实验四用相位法测声速一、实验目的1.、学习用相位法测量空气中的声速。
2.、了解空气中的声速与温度的关系。
3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。
4、了解换能器的原理及工作方式。
二、实验仪器综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。
三、实验原理测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率f情况下，测量声信号的波长λ，由公式v fλ=，计算出声速v。
相位法测量声速的原理。
由信号源产生的一正弦波信号，一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“CH1（X轴）”，另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“S1”，再传送到“S2”，然后送入示波器的“CH2(Y轴)”。
在示波器上将显示出两个频率相等、振动方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。
由于两信号到达时间不同（或存在有波程差）而产生相位差。
2Lϕπλ=相位差不同，利萨如图形也不同。
如1sin()X A tωϕ=+2sin()Y A tωϕ=+两者相位相同或相位差为2π的整数倍，合成为一条直线。
如果两者相位差为2π的奇数倍，即1sin()2X A t πωϕ=++2sin()Y A tωϕ=+合成后的利萨如图形为椭圆。
可见利萨如图形随相位差的变化而改变。
当连续移S2，以增大S1与S2之间的距离时L，利萨如图从直线到椭圆再到直线变化，如图2所示。
当L改变一个波长时，两信号的相位差改变2π，图形就重复变化。
这样就可以测量出波长的长度。
四、实验步骤1、按图1接线，将换能器间距离调整到约50mm。
信号源输出频率为0f，大约为36000ZH。
2、打开示波器电源，预热5分钟，待出现一条绿色的水平线。
将开关置于“CH1”，显示X方向的正弦波形，然后将开关置于”CH2”,显示Y方向的波形。
应使两者的幅度大致相等。
幅度不应过大。
3、将示波器的旋钮旋到X Y↔位置，示波器出现“椭圆”图形。
将图形调至中间。
旋转声速测定仪上的手轮，看图形的变化规律，看是否是从左到右再从右到左变化。
空气中声速测定-精品文档
L
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Li L
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大
学
物
理
实
验
对测量量L， A类不确定度
1 5 2 S 1 . 1 4 ( LL ) 0 . 0 0 2 3 c m L i 5 ( 51 )i 1
。
10
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大
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物
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验
实验步骤
双踪法
1）发射端信号接“CH1”，接收端信号接“CH2，垂 直方式（Y MOOD）中的开关拨至DUAL示波器处于
两个通道信号的双踪显示状态 ；
2）旋转“时基因数”旋钮可同时看到两个波形，推动 S2 ，两个波形在水平方向发生相对移动，当两个波形 的峰和峰对齐时，说明位相差是2的整数倍； 3）连续推动S2 ，记录峰与峰对齐时的10组数据，并记 录频率 。
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大
学
物
理
实
验
实验原理
1、基本原理 声速
v f
若固定频率为 f=f0（共振频率），通过波长λ测量，即可 求的声速 v。 本实验采用压电陶瓷超声换能器来实现声波和交流电压间 的转换。当 电信号的频率与换能器的固有振动频率相等 时，其输出能量最大。
实验要求
示波器面板各旋钮的作用及使用方法。 压电陶瓷超声换能器的作用：逆压电效应正压电效应。
测波长的三种方法：驻波法、相位法、双踪法。
游标卡尺的读数方法和使用方法，误差限=0.02mm 。 测量要求同讲义。（双踪法选作）
空气中声速的测定
空气中声速的测定篇一：空气中声速的测定实验3-12 空气中声速的测定一、画出实验原理图二、测量公式及式中各量的物理意义三、预习自测题1．超声波是指频率 kHz的声波。
2．本实验用两个压电元件作换能器，一个换能器由高频电信号激振而产生，另一个作为接收器将高频变化的声压转换为。
3．两个换能器相对放置且端面平行时，在它们间形成驻波，当接收器位于驻波场中的处时声压最大，此时示波器显示的幅值。
4．实验中，为了使发射换能器谐振，要调节信号源的输出频率，判断其谐振与否的标志为（1）；（2）。
5．相位法测声速时，将发射器与接收器的正弦信号分别输入示波器的x轴与y轴，两个信号的合成在屏幕上形成李萨如图。
当接收器移动时，图象将作周期性变化，每改变一个周期，换能器移动的距离为，相位改变。
四、原始数据记录与处理1．驻波法实验数据频率f = （Hz）室温t = （℃）对测量量L，其平均值的51A类不确定度SL?(Li?)2? ?5(5?1)i?1B类不确定度u??? C2则不确定度 uL?SL?u2?这样 ??22? u??uL? 55则V?f?? uV?fu??速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速 Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E?? ?VtVt?100%?2．相位法实验数据（每隔2?测一次）频率 f = （Hz）室温t = （℃）对测量量L，其平均值的 A类不确定度SL? B类不确定度u??? C2则不确定度uL?SL?u2?这样?? u??则 V?f?? uV?fu??速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速 Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E???VtVt?100%?3．双踪显示法实验数据（选作）频率 f =（Hz）室温t =（℃）篇二：声速的测定实验报告声速的测定实验报告 1、实验目的（1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。
（2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。
实验二空气中声速的测量
尾部（钢） 压电陶瓷片
0 理 经极化处理后，具有压电效应，即在压电陶瓷
图 8 换能器结构示意图
2 片的两底面加上正弦交变电压，陶瓷片就会按
物 正弦规律发生纵向伸缩（厚度按正弦规律产生形变），发出超声波；同样，压电陶瓷片也可
供以使声压的变化转化为电压的变化，用来接收声信号。在压电陶瓷片的头尾两端胶粘两块金
信号源产生的信号由发射端的“换能器接口”输出。发射信号的频率由“功率信号源”
仅 院 的三个按钮开关选择频率范围，再用调节旋钮的“频率粗调”和“频率细调”旋钮调节到所 学 需要的频率，其频率值由面板的左上方的显示窗口读出。发射信号的强度用调节旋钮的“发
贤 射强度”旋钮调节。“测试方法”按钮有两种选择，即“连续波”和“脉冲波”，“连续
实验二 空气中声速的测量
物体振动会产生声音，是这种振动在介质中形成了声波。声波是非常重要的一类机械波。
频率在 20Hz~20kHz 之间能引起听觉的叫可闻声波；频率低于 20Hz 的叫次声波；频率大于
用 20kHz 的叫超声波。声学的研究对建筑、医学、工业生产都是非常重要的。 超声波在介质中的传播速度与介质的特性及状态等因素有关，因而通过介质中的声速测 量，可以了解被测介质的特性或状态的变化。这在医学和工业生产中都有使用意义。例如，
图形，如李萨如图形为直线，作为测量的起始位置。S2每移动一个波长的距离就会重复出现 同样斜率的直线。
3．时差法
声波由发射源S1发射，在空气中传播，经过时间t后，到达接收头S2。如果我们能测出 这一时间，并测出S1和S2之间的距离l，就可计算出声波在空气中的传播速度v。即
速度 v = 距离 l ÷ 时间 t
学 以观察到如图 3 所示的波形。图中的就是两者之间的相位差，改变S1和S2之间的距离，可
初中物理实验设计 测定声音在空气中的传播速度
初中物理实验设计测定声音在空气中的传播速度
初中物理实验设计测定声音在空气中的传播速
度
【目的】
用停表计时在户外测定声速；练习使用停表；进一步掌握用数步法测量距离。
【器材】
停表2只，径赛用发令枪（或爆竹），皮卷尺（或米尺、标好刻度的长绳）等。
【步骤】
（1）三人为一组，在学校附近的马路或公路上选择400米左右的平直地段进行实验。
两人在起点，其中一人用发令枪发送信号，另一人在发令时跟着启动手中的停表。
还有一人位于终点，当听到发令枪声时立即启动手中的停表。
然后把两只走动的停表交给发令者，由他同时按停停表，两表计时的读数差即为枪声的传播时间。
三人轮换担任发令者，分别测出时间三次。
（2）三人各自用数步法测出两地之间的距离。
可在轮换时，分别数出行走的步效，再乘以自己每走一步的平均跨距。
姓名
发出信号到停止计时的时间（秒）
听到声间到停止计时的时间（秒）
声音传播时间（秒）。
测量空气声速实验报告
一、实验目的1. 了解声速的概念及其测量方法。
2. 掌握测量空气中声速的实验原理和操作步骤。
3. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理声速是指在介质中声波传播的速度。
在空气中，声速与介质的温度、压力和湿度等因素有关。
本实验通过测量声音在空气中的传播时间，结合已知距离，计算出声速。
实验原理公式为：v = s / t其中，v为声速，s为声音传播的距离，t为声音传播的时间。
三、实验器材1. 超声波发射器2. 超声波接收器3. 秒表4. 卷尺5. 温度计6. 计算器四、实验步骤1. 准备实验场地，确保场地开阔，无障碍物。
2. 使用卷尺测量超声波发射器和接收器之间的距离s，并记录下来。
3. 使用温度计测量实验环境的温度t，并记录下来。
4. 将超声波发射器和接收器放置在预定位置，确保两者之间的距离与步骤2中测量的距离一致。
5. 启动秒表，同时按下超声波发射器，开始计时。
6. 当超声波接收器接收到声波信号时，立即停止秒表，记录下时间t。
7. 重复步骤5和6，进行多次测量，取平均值作为最终测量结果。
8. 根据实验原理公式，计算声速v。
五、实验结果与分析1. 实验数据：距离s：5m温度t：20℃测量次数：5次时间t（平均值）：0.019s2. 计算声速v：v = s / t = 5m / 0.019s ≈ 263.16m/s3. 分析：根据实验结果，本实验测得空气中的声速约为263.16m/s。
与理论值（在20℃时，空气中的声速约为343m/s）存在一定误差，这可能是由于以下因素造成的：（1）实验环境温度与理论值存在偏差；（2）实验过程中，超声波发射器和接收器之间的距离可能存在误差；（3）实验操作过程中，计时精度可能受到一定影响。
六、实验结论通过本次实验，我们成功测量了空气中的声速，并掌握了测量声速的实验原理和操作步骤。
实验结果表明，声速与介质的温度、压力和湿度等因素有关。
在今后的学习和工作中，我们将进一步深入研究声速的相关知识，为我国声学领域的发展贡献自己的力量。
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系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验名称】用闪光法测不良导体的热导率【目的要求】1、测定不良导体的热导率2、了解一种测定材料热物性参数的方法3、了解热物性参数测量中的基本问题4、学习正确使用高压脉冲光源和光路调节技术以及用微机控制实验和采集处理数据【仪器用具】闪光法热导仪（包括高压脉冲氙灯和电源，光学调节系统），待测样品（酚醛胶木板、大理石各一片），PN结温度传感器，放大电路，AD/DA卡，计算机及相关软件系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验原理】1、傅里叶导热定律和热导率热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程。
其微观机制是由自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程。
宏观上是由于物体内部存在温度梯度，发生从高温区向低温区传输能量的过程。
傅里叶导热定律：=λ-q∇⋅T其中q 为热流密度矢量，表示在单位等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的能量。
λ是热导率，是反映物质导热能力的重要物性参数，表示每单位时间内，在每单位长度上温度降低1K时，每单位面积上通过的热量，单位为W/(m·K)。
2、材料热导率的测量方法测固体材料热导率的方法有两大类，一类是稳态法，另一类是非稳态法。
本次实验采用闪光法，属于非稳态法。
实验中采用圆形薄试系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________样，一面用一个脉冲型热源（氙灯）加热，测量另一面温度随时间的变化关系，利用非稳态导热微分方程，得到热扩散率α。
热导率λ和热扩散率α有如下关系：c ⋅⋅=ραλ其中c 为材料的比热容，ρ为材料的密度。
实验原理示意图：假设脉冲光在t=0时刻垂直均匀照射在圆形薄试样表面，且被试样均匀吸收，在物体表面微小距离l 内，样品温升为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<=<<=)(0)0,()0()0,(L x l x T l x cl Q x T ρ系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________Q 为单位面积吸收的热量，L 为样品厚度（L>>l ）。
当忽略试样的热量损失和认为侧面绝热时，有热传导方程：)0(),(),(22l x x t x T t t x T <<∂∂=∂∂αα为试样材料的热扩散率。
由边界条件和初始条件得方程的解：)]exp(/)/sin(cos 21[),(2221l L n L l n L l n L x n cL Q t x T n αππππρ-⋅+=∑∞=在x=L 处，温升可以表示为：)]exp()1(21[),(2221t L n cL Q t L T n nαπρ--+=∑∞=t=∞时，T (L,t )最大：ρcL QT m =。
定义m T t L T t L V ),(),(=，22Lt απω=，则)]exp()1[(2121ωn V n n -⋅-+=∑∞=作图，令V=1/2，则ω=1.38。
系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________将对应时间记为t 1/2，可得热扩散率2/12238.1t L πα⋅=，进而有热导率：2/12238.1t L c πρλ⋅=3、测量过程满足的条件试样面积>>厚度，则侧面散热可以忽略，可视为一维热流；试样升温小，则向环境散热可以忽略不计；试样材料均匀，各向同性；试样一面受光辐射，在极薄层内吸收并转化为热量；光辐射时间远远小于热量在试样中的传播时间等。
系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验内容及实验数据处理】1、认识和调节测量系统测量系统分为光学系统、测温系统和数据采集处理系统。
由椭球反光镜反射高压氙灯的闪光均匀照射到试样表面，样品背面的温度传感器将样品的温度变化信号通过AD/DA转换卡传送到计算机中，并由计算机软件进行分析。
本次实验没有涉及调节实验装置的内容。
2、测量待测样品的温升曲线每隔十分钟测一次，每种样品测三次，求t1/2的值，计算试样材料的热导率。
实验室给出数据：大理石样品：h=L =2.99mm，d =13.76mm，c=0.71×103W/(m·K)胶木样品：h=L =3.02mm，d =13.32mm，c=1.04×103W/(m·K)（1）大理石样品：测量密度：系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________3/023.3cm g ldhm==大理石ρ 测量温升曲线：s t 382.22/1=系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________)/(126.138.12/122K kg J t L c ⋅=⋅=πρλ大理石大理石（2）胶木样品：测量密度：3/349.1cm g ldhm==胶木ρ测量温升曲线：s t 995.62/1=系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________)/(256.038.12/122K kg J t L c ⋅=⋅=πρλ胶木胶木系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________ 实验日期_________________________ 教师评定______________3、手工散热修正（1）取胶木样品第2组数据作散热修正计算机软件（AD/DA转换卡多通道数据采集系统）处理修正值：-0.002949K/s在散热降温部分取点：作线性拟合（MS Excel 2002）得：T=-0.0033t+0.1709，R=0.9996。
则散热修正采用公式：T’=T+0.0033t修正后的温升曲线：系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________利用修正的温升曲线得：t 1/2=7.03s)/(254.038.12/122K kg J t L c ⋅=⋅=πρλ胶木胶木（2）取大理石样品第1组数据作散热修正 计算机软件（AD/DA 转换卡多通道数据采集系统）处理修正值：-0.002085K/s在散热降温部分取点：系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________作线性拟合（MS Excel 2002）得：T=-0.0022t+0.3044，R=0.9997。
则散热修正采用公式：T ’=T+0.0022t 修正后的温升曲线：利用修正的温升曲线得：t 1/2=2.40s)/(118.138.12/122K kg J t L c ⋅=⋅=πρλ大理石大理石系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________ 实验日期_________________________ 教师评定______________系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________ 实验日期_________________________ 教师评定______________(2) 第二种方法:(3 ) 第三种方法:相对湿度H=34% Pw=701.624mmHg室温T=18.0 o C Ps= 2063.6Pa大气压P0=761.25mmHg【实验结果】1.第一种方法测得：v = fλ ＝337.403m/s2.第二种方法测得：v = fλ ＝339.512m/s系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________3. 第三种方法测得：v = 331.45⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫1 + θT 0 ∙ ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫1 + 0.3192p w p m/s ＝342.6m/s 】【分析与讨论】§误差分析：1. 本次实验装置中发射装置和接受装置需要调节平行，但是却缺乏判断依据，因此很难保证二者的平行，所以实验结果难免会受到影响，但是考虑到声速很大，而两者间距很小，所以这个误差可以忽略不计。
2. 在用示波器观察波形，并且找到波形最大时刻时，没有判断依据，因此难免会将距离调过了头，然后再调回来，因此不可避免的产生了螺距差，至使示数较大。
但是由于每次测量几乎都产生螺距差，因此对最后结果的影响也不大。
系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________3. 在观察李萨如图形时，刚开始经验不足，没有将电平放大，图形很小，很难看出斜率相等的时候，因此观测难免不准确，后来调大了电平，观测比较清晰。