声速测量实验报告

声速测量实验报告

姓名：陈岩松

学号：5501215012

班级：本硕实验班151班实验名称声速的测量

实验目的1.用驻波法和相位法测声速。

2.学会用逐差法进行数据处理。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。

4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的功能。

实验原理声速v、声源振动频率f和波长λ之间的关系是

λf

v=

所以只要测得声波的频率f和波长λ，就可以求得声速v。其中声波频率频率计测得。本实验的主要任务是测量声波波长λ，用驻波法和相位法测量。

1.相位法

波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在波的传播方向上任何两点，如果其振动状态相同或者其相位差为π2的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即λn

l=（n为一整数）。

若超声波发出的声波是平面波，当接收器面垂直于波的传播

方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射器的电信号同相。继续移动接收器，直到找到的信号再一次与发射器的激励电信号同相时，移过的这段距离就等于声波的波长。

实际操作时，我们用的是利用李萨如图形寻找同相或反相时椭圆退化成直线的点。

2.驻波法

按照驻波动理论，超声波发生器发出的平面波经介质到接收器，若接收面与发射面平行，声波在接收面就会被垂直反射，于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。当接收端面与发射头间的距离恰好等于半波长的整数倍时，叠加后的波

λ。当就形成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长

2

发生器的激励频率等于驻波系统的固有频率（本实验中压电陶瓷的固有频率）时，会产生驻波共振波腹处的振幅达到最大值。

声波是一种纵波。由纵波的性质知，驻波波节处的声压最大。当发生共振时，接收端面处为一波节，接收到的声压最大，转换成的电信号也最强。移动接收器到某个共振位置时，示波器上又会出现最强的信号，继续移动到某个共振位置，则

λ。

两次共振位置之间的距离即为

2

实验仪器声速测量仪、示波器、信号发生器。

实验内容及步骤1.驻波法测声速

（1）如图所示连接好电路，让

1

S和2S靠近并留有适当的空隙，使两端面平行且与游标尺正交。

（2）根据实验给出的压电换能器的振动频率f，将信号发生

器的输出频率调至f附近，缓慢移动

2

S，当在示波器上看到

正弦波首次出现振幅较大处，固定

2

S，在仔细微调信号发生器的输出频率，使荧光屏上图形振幅达到最大，读出共振频

率f。

（3）在共振条件下，将

2

S移近1S，在缓慢移开2S，当示波器

上出现振幅最大时，记下

2

S的位置

x

（4）由近及远移动

2

S，逐次记下各振幅最大时2S的位置，连

续测10个数据

,3

2

1

,

,x

x

x (10x)

（5）用逐差法计算出波长的平均值。

2.用相位法测声速

（1）调节示波器使，将“秒/格”旋钮旋至Y

X 利用李萨

如图形观察发射波与接收波的相位差，找出同相点。 （2）在共振条件下，使2S 靠近1S ，然后慢慢移开2S ，当示波器上出现 45倾斜线时，微调游标卡尺上的微调螺丝，使图

形稳定，记下2S 的位置0

x ' （3）继续缓慢移开2S ，依次记下10个示波器上李萨如图形

为 45直线时游标卡尺的读数,,2

1x x ''…10x ' （4）用逐差法算出声波波长的平均值。

数据处理及记录共振频率f=37.613kHz

1.驻波法数据记录如下(单位：mm）：

x

1

x

2

x

3

x

4

x

89.068 93.198 97.976 102.679 107.185

5

x

6

x

7

x

8

x

9

x

10

x

111.756 116.589 121.208 125.822 130.357 135.019

由上表可得下表（其中

i

i

i

x

x

x-

=

∆

+5

，2

5

⨯

∆

=i

i

x

λ单位：cm）1

x∆

2

x∆

3

x∆

4

x∆

5

x∆

23.391 23.232 23.143 23.172 23.263

1

λ

2

λ

3

λ

4

λ

5

λ

9.3564 9.2928 9.2572 9.2688 9.3052

下面用逐差法求声波波长

x

∆=

25

)

(

)

(

)

(

5

10

2

7

1

6

x

x

x

x

x

x-

+

⋯

+

-

+

-

=mm

25

)

756

.

111

357

.

130

(

)

976

.

97

208

.

121

(

)

198

.

93

589

.

116

(-

+

⋯

+

-

+

-

=4.648mm

则波长λ=x∆2=9.296mm

λf

v==s

m

s

m/

7.

349

/

10

296

.9

10

613

.

373

3≈

⨯

⨯

⨯-

下面计算声波速度的不确定度

先计算λ的不确定度，

5

1

5

)

(

95

.0

5

1

2

t

k

k

A

⋅

-

-

=

∆

∑

=

λ

λ

=0.0466mm

B

∆=0.01mm