大学物理实验——声速测量
大学物理实验――声速的测量
大学物理实验――声速的测量声速是指声波在介质中传播的速度，是介质特性的一种表示，通常用符号v表示。
声速的测量是物理学中一个重要的实验，其应用广泛，特别是在工程领域和地震学中。
本实验是通过对气体中声波的传播距离和时间的测量，计算出气体中声速的值。
实验设备及原理本实验所需的设备包括计时器，压缩空气的气瓶，可调节的声音发生器和接收器，宽口瓶，水平塑料管和数码万用表等。
实验的基本原理是通过沿着被测气体内传输声波的路径测量声波传输的时间和距离，计算出声速。
根据声速的定义：$ v = f \times \lambda $其中，v是声速，f是声波的频率，λ是声波在介质中的波长。
在本实验中，发射器会产生一定频率的声波，并通过传声管将声波传递到接收器中。
接收器将信号转换为电信号，发送到计时器上。
实验者使用计时器测量声波从发射器到接收器之间的时间差，然后根据声波频率计算声波的波长，最后通过上述公式计算出气体中的声速。
实验步骤1.准备实验设备。
将发射器和接收器连接在气瓶上。
将宽口瓶放置在声波传播的路径上，并将水平塑料管连接到宽口瓶上。
在水平塑料管中放入一定量的水，直至水超过塑料管中心的标记。
将计时器连接到接收器上。
使用数码万用表检查所有连接线路是否连接正确，并检查设备是否正常工作。
2.测量实验温度和压力。
在测量声速之前，需测量被测气体的温度和压力。
应根据玻意耳定律对气瓶中的气体进行压力和温度的测量，并记录测量结果。
3.理论计算。
根据气体的压力和温度以及声波频率的测量值，计算出声波的波长。
波长的计算公式为：$ \lambda = \frac{v}{f}$其中，v是声速，f是声波的频率。
4.测量声波传播时间。
使用计时器测量声波从发射器到接收器的传播时间。
重复2-3次，取平均值。
实验注意事项1.实验者需仔细阅读实验说明，并按指南正确操作实验设备。
2.实验者需正确清洁实验设备，并注意消毒。
3.实验者需保持设备的稳定性和准确性。
(2023)大学物理实验报告声速的测量(一)
(2023)大学物理实验报告声速的测量(一)
实验报告：测量声速
概述
本实验旨在通过测量空气中的声速来学习声波的基本性质和特点，掌
握测量的基本方法和技巧。
材料与仪器
•声速测量仪
•气垫桥
•电源、万用表等辅助设备
实验步骤
1.将声速测量仪和气垫桥连接
2.将待测试验物（如气体）加入到气垫桥内
3.打开声速测量仪，进行预热和校准
4.调节测量仪的参数，使其能够测量到待测物质中的声速
5.进行实验测量，并记录数据
6.对数据进行分析和处理，计算得到实验结果
实验结果
经过多次测量和统计分析，我们得到了如下的实验结果：
•空气中的声速：340m/s
分析与讨论
在实验中，我们发现测量结果存在一定的误差，这可能与仪器精度、
环境噪声、操作技巧等多个方面有关。
为了提高实验的准确度和可靠性，在进行实验之前我们应该认真准备、仔细操作，避免一些人为因素对实验结果的影响。
结论
通过本次声速测量实验，我们进一步了解了声波的特性和性质，掌握了测量声速的基本方法和技巧，为今后的物理实验积累了经验和实践基础。
总结
本次实验要求我们独立完成实验操作和数据处理，锻炼了我们的实验能力和科研素养。
在实验中，我们也体会到了科学实验的严谨性和科学精神的重要性，让我们能够更好地理解科学研究的本质和意义。
在今后的学习和工作中，我们应该注重实践、勤思考、善总结，不断提升自身的实验能力和科学素养，为自己和社会创造更大的贡献。
大学物理实验声速测量实验报告(一)
大学物理实验声速测量实验报告(一)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的通过声速测量实验，掌握声波的基本特性以及实验方法，学习如何用简单的实验手段对声速进行测量，并且了解声速的应用。
二、实验所需器材1. 示波器2. 函数信号发生器3. 线性电路4. 单色光源5.光栅分光仪 6. 毫米纸 7. 恒温水槽三、实验原理声音是一种机械波，它在均匀介质中的传播速度与介质的物理性质有关。
此次实验采用的是共振法测量声速，其基本原理如下：将发声器放入实验管中，在一定频率下，管内空气可以出现共振现象，在此频率下，声波在管内的传播速度等于管内空气共振波长乘以频率。
因此，声速可以通过实验测量所得的频率和波长计算得出。
四、实验步骤1. 在恒温水槽中制备温度为20℃的水，用毫米纸测量实验管的长度和内直径。
2. 将水槽和实验管放置于振动无穷远物的正对着示波器处，示波器与函数信号发生器通过线性电路连接。
3. 调节函数信号发生器使其发生频率稳定在1kHz左右，此时开启示波器，调节其放大倍数至合适。
4. 开启函数信号发生器，调节频率，直到示波器上出现一个频率对应的谐波振动。
此时记录下频率。
5. 毫米纸上标出实验管的坐标，使振动气柱一端在标出的坐标处。
6. 通过不断调节频率和气柱长度，直到再次出现共振波长时，记录下新的频率和气柱长度并计算出波长。
7. 计算声速，除以空气的密度20°C下为1.293kg/m^3，求得在该环境下的声速。
五、实验结果和分析通过实验可以得到，当频率为1kHz时，声波经过实验管之后，出现了谐波振动。
另外，在不断调节频率和气柱长度的过程中，也成功测得了共振时的频率和波长，从而计算得到声速为343.4m/s。
这与理论值基本一致，误差在可接受范围内。
六、实验总结通过本次实验，我们学会了桥式共振测量法的原理、方法和意义，并且初步掌握了共振法测量声速的实验方法。
通过实验，我们还发现共振现象在现实生活中有着广泛的应用，例如由于声波在水中传播较快，因此潜水员可以通过声音确定水中物体的位置等。
大学物理实验报告-声速的测量
实 验 报 告声速的测量【实验目的】1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速2.学会用逐差法进行数据处理；3.了解声速与介质参数的关系。
【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。
在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。
超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。
本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。
声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v f λ=⋅ (1) 由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。
同样，传播速度亦可用 /v L t = (2) 表 示，若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ，也可获得声速。
1. 共振干涉法实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。
当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L 为半波长的整倍数，即__D_时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。
因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。
本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。
从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。
图中各极大之间的距离均为__D_Dd__________ÿĝϨϨ________________ _的位置，就可测出波长。
由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。
2.相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。
沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。
大学物理实验-声速的测量
实验仪器
示波器
Zky－ss声速测定实验仪
配套的声速测定装置
实验步骤
步骤一：共振干涉法测声速
❖ 按图接线（检查接线），调节仪器，使示波 器显示接收信号电压的波形;
❖ 测定压电陶瓷换能器系统谐振频率f; ❖ 测定波长.
仪器连接及调节
CH1
CH2
首先显示欢迎界面，自动进入按键说明界面，按确认键进 入模式选择界面，选择正弦波模式按确认进入实验测量界面。
测量声波波长
❖ 将频率固定在平均值处。 ❖ 改变换能器之间距离，同时观察示波器上声
压振幅变化，记下出现正弦振幅最大的位置 （测量时要注意回程差的存在）。 ❖ 用逐差法计算出声波波长
读数装置由主尺和鼓轮读数组成。
❖ 如图所示主尺读数取 53mm
❖ 鼓轮读数取0.785mm ❖ 读数为53.785mm ❖ 现数据简化估读位省略
波器CH1(4)或CH2(6),屏幕上下方应显示出2(2)，并且调节电压衰减 （5）使电压标称值为100mv. 3.调节触发源（9）使触发信号（7）为发射信号CH1。 4.调节信号源的频率（35KHz－－38KHz），使接收波的电压振幅最大。 波形幅度如果超过可调节电压衰减（5），调节时基旋钮（12）和触发 电平（10）使波形稳定。 5.微调换能器之间位置，确定波形振幅最大并且不出现失真。 若出现失真，应调节信号源的接收或发射增益大小。 6.再微调频率使波形振幅最大，确定该频率就是谐振频率。
声速测量
声速测量
本实验用压电陶瓷实现声－电转化来测定声速。
实验原理
❖ 在波动过程中，声波的传播速度v与声波频率f和波 长λ之间的关系为v=fλ。所以只要测出声波的频率和 波长，就可以求出声速。其中声波频率可由产生声 波的信号发生器的频率读出，波长则可用共振干涉 法和相位比较法进行测量。
大物实验报告声速的测定
大物实验报告声速的测定篇一：大学物理实验报告-声速的测量实验报告声速的测量【实验目的】1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速2.学会用逐差法进行数据处理；3.了解声速与介质参数的关系。
【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。
在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。
超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。
本实验采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。
声波的传播速度与其频率和波长的关系为：vf(1)由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。
同样，传播速度亦可用v?L/t(2)表示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。
1. 共振干涉法实验装置如图1所示，图中S1和S2为压电晶体换能器，S1作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；S2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。
当S1和S2的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即L=n×，n=0，1，2， (3)2λ时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2nπ(n=1，2 ……)，因此形成共振。
因为接收器S2的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。
本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。
从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。
图中各极大之间的距离均为λ/2，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。
我们只要测出各极大值对应的接收器S2的位置，就可测出波长。
由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。
大学物理实验报告声速的测量
大学物理实验报告声速的测量大学物理实验报告：声速的测量引言：声速是声波在介质中传播的速度，是一个物质的固有属性。
在物理学中，测量声速是一项重要的实验，它不仅有助于我们了解声波的传播规律，还可以为其他领域的研究提供基础数据。
本实验旨在通过一系列测量步骤，精确计算出声速的数值。
材料与方法：实验所需材料有：声速测量装置、示波器、发声器、频率计、螺旋测微器、直尺、宽口瓶、水、计时器等。
实验步骤如下：1. 将宽口瓶中装满水，放置在平稳的桌面上。
2. 将发声器固定在宽口瓶的顶部，确保其与水面平行。
3. 将示波器与发声器相连，以便观察声波的波形。
4. 调节发声器的频率，使其发出稳定的声音。
5. 使用螺旋测微器测量宽口瓶的高度，并记录下来。
6. 在示波器上观察声波的波形，并使用频率计测量声波的频率。
7. 同时启动计时器和示波器，记录下声波传播从发声器到水面反射回来的时间间隔。
8. 重复上述步骤，进行多组实验数据的测量。
结果与讨论：根据实验数据，我们可以计算声速的数值。
首先，根据声波传播的时间间隔和宽口瓶的高度，我们可以计算出声波在水中的传播距离。
其次，根据声波的频率和传播距离，我们可以计算出声波在水中的传播时间。
最后，通过将传播距离除以传播时间，我们可以得到声速的数值。
在实验过程中，我们需要注意一些误差来源。
首先，由于声波的传播路径并非直线，而是经过水面的反射，因此需要对声波传播的路径进行修正。
其次，由于实验设备的精度限制，测量值可能存在一定的误差。
为了减小误差，我们可以进行多组数据的测量，并取平均值作为最终结果。
此外，声速的数值还受到温度和压力等环境因素的影响。
在实验中，我们可以通过控制实验环境的温度和压力，使其尽量接近标准条件，以获得更准确的结果。
结论：通过以上实验步骤和数据处理，我们成功测量出了声速的数值。
实验结果表明，声速在水中的数值为XXX m/s（具体数值根据实验数据计算得出）。
这一结果与文献中的数值相近，验证了实验的准确性和可靠性。
大学物理实验声速测量实验报告
⼤学物理实验声速测量实验报告声速测量⼀、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与声波频率和波长的关系为：可见，只要测出声波的频率和波长，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，实验中可以采⽤⼏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，实验时将信号发⽣器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上，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。
如果接收⾯和发射⾯严格平⾏，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。
此时，两换能器之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，⽽波节处声压最⼤。
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⾯声压的变化来判断超声波驻波是否形成。
移动卡尺游标，改变两只换能器端⾯的距离，在⼀系列特定的距v f fv λ=f λf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：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。
2.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。
大学物理实验声速测量实验报告(1)
大学物理实验声速测量实验报告(1)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过测量声波的传播时间和距离，计算出空气中的声速，并且借此掌握声波在介质中传播的相关知识和技能。
二、实验原理声波的传播速度与介质密度、压强以及温度有关。
本实验中，通过一段已知长度的玻璃耳管和可以发出超声波的脉冲发生器，将脉冲信号通过耳管传输到另一端，在经过接收装置后产生回响信号，并自动停止脉冲发生，记录下声波传播的时间t。
同时，测量被测介质温度以及用光学仪器测量出耳管长度L，即可利用以下公式计算出声速v：v=2L/t三、实验仪器超声波发生器、玻璃耳管、声波接收器、计时器、光学仪器、温度计等。
四、实验步骤1.将玻璃耳管放置在实验台上，测量其长度L；2.将发生器与接收器分别连接到耳管的两端，使其相离5cm左右，打开发生器的电源；3.按下发生器上的按钮，让发生的声波波段传输至接收器，并记录下传输时间t；4.多次重复上述步骤，取平均值，得到声波传播时间t及其标准差；5.测量被测介质温度；6.利用公式v=2L/t计算出声速，写入实验记录表中。
五、实验注意事项1.实验中要注意保持实验环境的安静和稳定，防止外界干扰；2.使用超声波发生器时要确保其正确接线，并调整合适的发射频率以避免信号干扰；3.测温时要注意温度计的准确度和可靠性。
六、实验结果及分析本实验中取得的数据如下：玻璃耳管长度L=0.35m声波传播时间t=0.002s被测介质温度T=25℃根据公式v=2L/t，代入上述数据可得声速v=350m/s。
与理论值相比较，误差很小，说明实验数据的可靠性比较高。
七、实验结论通过本实验的探究，可以得出空气中声速的测量值，并且掌握了声波在介质中传播的相关知识和技能。
在实验中要吸收并掌握科学的实验方法，注意数据积累与分析过程中的细节，以得到准确的结论。
大学物理实验声速的测量实验报告
大学物理实验声速的测量实验报告一、实验目的1、学会用驻波法和相位法测量声速。
2、了解声速测量的基本原理和方法。
3、加深对波动理论的理解，提高实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理1、驻波法声波在介质中传播时，入射波与反射波叠加形成驻波。
在驻波中，相邻两波节之间的距离为半波长的整数倍。
通过测量相邻两波节之间的距离，就可以计算出声波的波长，进而求得声速。
设声源的振动频率为 f，波长为λ，声速为 v，则有 v ＝fλ。
在驻波法中，我们使用超声换能器作为声源和接收器。
当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时，接收端的信号幅度达到最大，此时两个换能器之间的距离 L 与波长λ之间的关系为：L ＝nλ/2（n ＝1，2，3，）。
2、相位法声源和接收器作相对运动时，接收器接收到的声波频率会发生变化，这种现象称为多普勒效应。
在相位法中，我们利用多普勒效应来测量声速。
设声源的频率为 f，声源和接收器的相对运动速度为 v'，接收器接收到的声波频率为 f'，则有：f' ＝ f （1 ＋ v'／v) 。
当声源和接收器相向运动时，v'为正；当声源和接收器相背运动时，v'为负。
通过测量声源和接收器的相对运动速度 v'以及声源的频率 f，就可以计算出声速 v。
三、实验仪器1、声速测量仪2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法测量声速（1）按照实验装置图连接好仪器，将超声换能器 S1 和 S2 分别连接到声速测量仪的发射端和接收端。
（2）打开信号发生器和示波器，调整信号发生器的输出频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。
（3）缓慢移动 S2，观察示波器上的信号幅度变化。
当信号幅度达到最大时，记录此时 S2 的位置 L1。
（4）继续移动 S2，当信号幅度再次达到最大时，记录此时 S2 的位置 L2。
（5）重复步骤（3）和（4）多次，测量多组数据。
（6）根据测量数据计算出声波的波长λ，进而求得声速 v。
大学物理实验声速的测量
大学物理实验声速的测量第五章大学物理拓展实验实验一声速的测量【目的与任务】1、继续学会双踪示波器的调试和使用，观察正弦波、三角波、方波和利萨如图形;2、学习用相位比较法测声速:?用波形比较法测声速;?用利萨如图形法测声速;3、用空气中的声速求空气的比热容比γ。
【仪器与设备】双踪示波器，函数信号发生器，声速测量仪。
【原理与方法】1、观察利萨如图形如果在示波器X、Y通道均加上正弦信号见图1，当两个信号相互间的频率成整数倍而相位差不同时，会在示波器荧光屏上显示出一系列不同的利萨如图形，如图2:(1) ; (2) f,fxy;(3)。
若将该图旋转90?，则变为:(1);(2);(3)f,2ff,3ff,ff,2fxyxyyxyx。
f,3fyx图1 图2图2中图形虽各异，但下式总是成立的，nfyx (1) ,fnyx即两个信号的频率(，)之比，等于图形与水平轴、垂直轴的切点数(，)之比。
切点ffnnyyxx1数的读法参阅图3。
由此，若已知其中一个信号的频率，就可推算出另一个信号的频率。
利用利萨如图形测频率时，要尽量使图形稳定。
这是因为两种信号的频率不会非常稳定和严格相等，所以得到的利萨如图形也不很稳定，一般会上下左右来回地地滚动。
而且，图形翻转越快，误差越大。
测量时可按下述方法进行调节:调节频率微调，使图形翻转的速率逐渐变慢，直到翻转的方向刚好改变时，对应的频率就是准确值。
图32、测量两个正弦信号的相位差频率相同的两个正弦信号的固定相位差可用如下两种方法测得。
(1) 双踪示波法。
将两个正弦信号分别输入双踪示波器的、通道，调出如图4所示YYAB的波形，测出相应的T和,T所占的格数，则相位差为,T, (2) ,2,T图4 图5(2) 利萨如图形法。
单双踪示波器都能采用，如图4所示，设(3) y,ysin,t0(4) x,xsin(,t，,)02式中φ为y与x的相位差，对x轴上的点，，则，所以 y,0t,0x,xsin,,A0得A=arcsin (5) ,x03、相位比较法(又称行波法)测声速图6 图7 图四仪器装置如图6所示，取表面为坐标原点，从发出的声波为: SS11x, (6) ,cos(,)Sat1x,式中x为观察点的坐标，其相位比x=0的点落后: ,,,x2x,, (7) ,,,,,由上式可知，沿声波传播方向，每改变，相位变化。
大学物理实验——声速测量(2013)讲解
四、数据处理
1.逐差法计算波长，得到超声波传播速度。
2.计算超声波在空气中传播速度的公认值v公认 ，求出两种测
量方法得到的v的相对误差E
v公认 331.45 T / T0
3.计算不确定度
E v测量 v公认 100% v测量
uλ u2A uB2 , uB Δ仪/ 3 0.02mm/ 3, uA Sλ
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
相位延迟量与传播的距离有：
2 L
物理与电子科学学院
如果将发射端和接收端输出的电信号分别分别输入到示波 器，显示出李萨如图形。移动S2的过程中，图形从斜率为正的 直线变为椭圆再变到斜率为负的直线。相位差相差π，S2移动 的距离为λ/2，由此也可计算出波长。
vf
信号发生器 驻波法和行波法
物理与电子科学学院
1、共振干涉法——驻波法
驻波：具有相同频率、相同振幅和相同振动方向的两 列波在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成的波。 相邻两波节或两波腹间的距离就是半个波长。
物理与电子科学学院
超声发生器S1发出的声波，经空气传播到接收器S2，S2在接 收声波信号的同时反射部分声波信号。如果S2与S1严格平行，
３.相位比较法测声速(介质为空气):示波器置于观察李萨如图 形状态, 将S2由近(靠近S1)及远,逐次记下荧光屏上斜率正 负变化的直出现时S2的位置读数:x0,x1,x2,…x9。
４.时差法测声速（固体介质） 选取三种长度的铜棒或有机玻璃棒。（扩展内容，选做）
物理与电子科学学院
注意事项 1.共振干涉法测量声速时，应尽量在最大 值位置处测量； 2.注意避免声速测定仪的回程差。
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。
大学物理实验报告声速的测量(一)
大学物理实验报告声速的测量(一)大学物理实验报告：声速的测量一、实验目的本实验旨在通过测量声波传播时间和距离，利用间接法测量声速，熟悉声波频率的测量。
二、实验仪器与材料实验仪器：数字多功能存储示波器、函数信号发生器、麦克风、五折射声束盒、气压计和干度计；材料：纸张、铅笔、手触计。
三、实验原理声速是指声波在某一介质中的传播速度。
声速的大小受介质密度、温度等因素的影响，一般情况下在20℃时，空气中声速为340 m/s。
测量声速有直接法和间接法两种方法，直接法是测量脉冲波、连续波、单色波的传播时间或基频波长和频率来得到声速。
间接法是利用已知物理量来计算未知物理量，通过测量声波传播时间和距离，就可以利用间接法测量声速。
四、实验步骤1. 首先将信号发生器的频率调至5000 Hz，振幅调为最大，连接麦克风。
2. 用麦克风发出声波，让声波穿过五折射声束盒的一路平板玻璃，打在离麦克风小约100cm远的另一面平板玻璃上。
3. 用手触计在玻璃平板上找出接收点和发射点，记录其距离为L。
再用干度计测得室温为20℃，加压气压计得到大气压力P。
4. 用数字多功能存储示波器测量声波经过的时间t，时间由麦克风对声波的接收时间和显示仪示出的延迟时间之和得到。
5. 根据公式v=2L/t求得声速v。
五、实验注意事项1. 测量距离时要用手触计精确定位接收点和发射点。
2. 为了减少误差，要多次进行测量，取平均值。
3. 保证实验室内温度和气压稳定，以减少测量误差。
六、实验结果与分析在实验中，测得声波传播时间t为0.005s，距离L为1.02m，气压P 为101.3kPa，温度为20℃，代入公式v=2L/t，可得声速v=408m/s。
与空气中常温下理论值340m/s相差约20%。
实验误差来源主要有以下几个方面：1. 手触计数据读取误差。
2. 实验室内空气流动和温度变化。
3. 数据处理时的计算误差。
4. 实验器材误差。
七、实验结论本实验成功测得了声波在空气中的传播速度，并通过分析异常误差的原因，提出了相应的纠正措施。
大学物理实验教程：声速的测量
实验 声速的测量
1.了解超声波的产生、发射、传播和接收，压电陶瓷的声电转换功能
2.熟悉低频信号发生器、数字频率计和示波器的使用
3.掌握用共振干涉法、相位比较法测量超声波的传播速度
二、实验仪器
声速测量仪、示波器。其中声速测量仪装置如图2-1（a）（b）所示：
1 . 幅度调节旋钮 2 . 频率调节旋钮 3 . 4 . 发射信号输出端口 5 . 6 . 连接示波器端口 7 .超声发 射端 8 . 超声接收端 9 . 接收信号输出端 10.12.锁紧螺丝 11.微调螺母 13.游标卡尺 14.主尺 15.发射信号输入端口
（5）计算声速的不确定度
提示：
七、分析与思考
1.本实验中用了哪几种方法来测定声速? 2.形成驻波的条件是什么？ 3.系统为什么要在共振状态下测量声速？
因素，如果忽略空气中的水蒸气和其他夹杂物的影响，在0℃（T=273.15K）时的
声速。
在t℃时的声速可以表示为
4. 共振干涉（驻波）法 实验装置接线如图2-1所示，图中位置7和8为压电陶瓷超声换能器的发射 端和接收端。从发射端发出一定频率的平面声波，经接收端压电陶瓷换能器 反射后，再次回到发射端并再次反射，这样声波在两个换能器的端面之间来 回反射并且叠加，产生干涉现象，形成驻波。 设发射波的波函数为
波长
连续记录6次，填入表2-2。用逐差法处理数据，根据
求出声速。
六、数据记录与处理
1. 数据记录 压电陶瓷换能器系统最佳工作频率f =
表2-1 共振干涉法测量波长数据记录表
kHz 室温t =
℃
i
1
2
3
4
5
6
Li/mm
表2-2 相位比较法测量波长数据记录 表
物理实验——声速的测量
华中科技大学文华学院实验报告实验课程名：大学物理实验专业：材料成型及控制工程实验名称：声速的测量一、实验目的:1、了解超声换能器的工作原理和功能。
2、掌握用共振干涉法和相位法测声速的原理与技术。
在此处键入公式。
3、进一步熟悉示波器和信号源的使用方法二、实验原理：利用超声波波长短、易于测量等特点进行声速测量V=fλ1、共振干涉法测速度2、相位比较法测声速三、实验仪器：SV4型声速测量组合仪及专用信号源、示波器、导线若干。
四、实验步骤:1、调整系统到达最佳发射和接收状态（1）旋松发射换能器s1固定环上的固紧螺丝，使s1的端面与卡尺游标滑动方向垂直后再旋紧，将s2移近s1，旋松s2的固紧螺丝，使 s2端面平行于S1的端面之后旋紧，保证两端面严格平行。
（2）调整低频信号发生器输出信号的振动频率，按下图连接好仪器示波器屏幕上有适当的讯号幅度，然后移动游标卡尺寻找讯号幅度最强的位置，再用微调旋钮调出输出频率，使示波器上有更大的讯号幅度，且达到最大为共振频率f。
2、用共振干涉法测空气中的声速保持图1线路不变，移动s2观察信号幅值随距离周期变化现象，选择某个振幅最大值作为测量的起点，由游标卡尺此时的位置，缓慢移动逐一记录各振幅最大位置，记录12组数据，用逐差法处理数据。
3、用相位比较法测声速实验时，按图1方式连接线路，将示波器X扫描旋钮旋至“外接”调s2并观测示波器上李萨图形的变化，选择图行为某一方向的斜线为某一方向作为测量的起点，连续记录12组图形为相同方向斜线时的位置，用逐差法处理数据。
五、数据处理表1 共振法测声速温度 t=24.7℃ 游标卡尺Δ仪=0.05 mm v 理=331.45√1+t 273.16⁄ =331.45√1+24.7273.16⁄ =346.11 m s ⁄V=f λ=f 2 ΔL̅̅̅̅=37005х2х4.69х10−3 =347.11 m s ⁄ U 6ΔL ̅̅̅̅̅ =√16х(6−1)∑[(L i+6−L i ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅)−(L i+6−L i )]26i=i=√130（0.132+0.072+0.032+0.122+0.072+0.082）=0.04 ; A 类不确定度： U A =U 6ΔL ̅̅̅̅̅̅6х2х t p =0.0148 mm ; B 类不确定度：U B =K pΔ仪С=1.00х√3=0.0289 mm ；标准不确定度：U=√U A 2+U B 2 =0.033 mm U ′=f U=37005х0.033х10−3= 1.22 m s ⁄ U r =|V 理−V|V 理х100%=|346.11−347.11|346.11х100% =0.28%{ V =(347.11±1.22) m s⁄U r =0.3% P =0.683 }表2相位比较法测声速温度t=24.7℃ 游标卡尺 Δ仪=0.05mm v 理=331.45√1+t 273.16⁄ =346.11 m s ⁄V=f λ=f ΔL̅̅̅̅=37005х9.38х10−3 = 347.11 m s ⁄ U 6ΔL ̅̅̅̅̅ =√16х(6−1)∑[(L i+6−L i ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅)−(L i+6−L i )]26i=i=√130（0.022+0.022+0.032+0.032+0.032+0.022）=0.0012 ; A 类不确定度： U A =U 6ΔL ̅̅̅̅̅̅6х t p =0.00022mm ; B 类不确定度：U B =K pΔ仪С=1.00х√3=0.0289 mm ；标准不确定度：U=√U A 2+U B 2 =0.0313mm U ′=f U=37005х0.0313х10−3= 1.16 m s ⁄ U r =|V 理−V|V 理х100%=|346.11−347.11|346.11х100% =0.28%{ V =(347.11±1.16) m s⁄U r =0.3% P =0.683 }六、数据分析1、实验出现误差的可能原因： α、示波器信号显示不是十分清楚 确定最高或最清晰处存在误差 β、实验室的温度会发生变化不是稳定的这会使理论值发生变化 γ、实验仪器本身存在误差、共振频率会发生微小变化、做实验本人读数时会产生误差。
大学物理实验声速的测量
4、利用李萨如图法测量声速
1、谐振频率的调整
信号发生器: 20Vp-p 初始频率设置 39 kHz 示波器： A 扫描模式 显示换能器接 收端的信号 选择换能器接 收端的信号作 为触发源
改变信号发生器的频率时……
2、利用振幅法测量声速
示波器： 选择A 扫 描模式 显示换能 器接收端 的信号 选择换能 器接收端 的信号作 为触发源 改变换能器之间的距离时……
3、利用行波法测量声速
示波器： 选择A 扫 描模式 同时显示 换能器接 收端和发 射端的两 信号 选择换能 器发射端 的信号作 为触发源
当改变换能器之间的距离时……
4、利用李萨如图法测量声速
由此可见，气体中的声速 v 和温度 T 有关，还与比热 比 γ 及摩尔质量 μ 有关，后两个因素与气体成分有关。因 此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。 在标准状态下，0 oC时，声速为 vo＝331.45m／s，显 然在 t oC时，干燥空气中声速的理论值应为
273 .15 t v 331 .45 t 273 .15
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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
7 3 3 5 2 4 4 2 4 两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 。
4 2
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三、实验仪器
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 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的，其中一个是用来 产生机械振动并在空气中激发出超声波。另一个用来接收 振动，同时电输出端产生相应的电信号。
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结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为λ/2
共振干涉法（驻波法） p
波腹 L
干涉而成驻波
S1发射
S2反射
波 节
2
3
2
2
L
S2表面声压与其位置的关系
2）行波法（相位比较法或李萨如图形法）L 干涉而成驻波来自S1发射S2反射
声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介 质中任一点的振动相位是随时间而变化的。但它和声源 的振动相位差Δj不随时间变化。
2.声速测量原理
1） 驻波法
由发射端S1发出的声波传播到接收端S2，S2在接收 声波信号的同时反射部分声波信号。如果接收面与发射 面严格平行，入射波会在接收面上垂直反射，然后波将 在两个端面间来回反射并且叠加。改变接收器与发射源 之间的距离x，在一系列特性的距离上，空气中会出现 稳定的驻波共振现象。
2πvfx2πx
S1接X通道,S2接Y通道图，形移：动S2,得到如下李萨如
j 0 j
2
j j 3
2
j2
结△论x ：每次出现重复图形S2移动的距离为
（ 2 n1 ） -n ，则 2
2
2
实验内容与测量
声速的理论值计算公式：
CC0(10.001t） 83
式中：
C 0 为 0 ℃时的声速，理论值 t 为环境温度，单位是℃
当发射端和接收端之间的距离X恰好等于半 波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时， 在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。 通过压电转换，示波器显示波形的振幅最大。
Xk（ k0,1,2）
2
因此，若保持频率不变，通过移动接 收端S2，测量相邻两次示波器信号达到极 大值时S2的移动距离△x,即可得到该声波 的波长，再用v=f λ即可计算出声速
v=f λ
所以只要测出声波的频率和波长，就 可以求出声速。其中声波频率可由控制 声波频率的信号发生器测出，波长则可 用驻波法或行波法进行测量。
1.超声波产生和接收的原理
本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压与电压之 间的转换，从而实现对超声波在空气中的传播速度这 一非电学量的电测。
压电陶瓷片利用压电材料的逆压电效应， 从而发出超声波。利用压电材料的压电效应把 声波信号转化为电信号。
声速的测量
物理实验中心
声速测定仪
数字示波器
主菜 单显 示键
主菜 单隐 藏/ 显示
键
开启/ 关闭 通道
垂直位置旋钮 Y轴灵敏度
触发调 节
水平浏览 键
扫描速率 旋钮
触发菜 单键
储存读取 自动搜寻信号
显示屏
调节旋钮
输出端A、B
电源开关
信号发生器
控制键盘
实验原理
由波动理论得知，声波速度v与声波频 率f、波长λ之间关系为v=f λ。
C 0 331 . 3 m s ； 。
温度t=
位置 次数
x1/mm
1
工作频率f=
x2/mm
x3/mm
X4/mm
2
3
4
5
X 平均值 i
驻波法声速测量记录表格
【注意事项】
注意： 每次测量的4个坐标必须在相同
的位置，测量时鼓轮必须同方向旋转。 避免回程差引起的误差。