声速测量实验报告册

实验课程名称：_大学物理实验

第一部分：实验预习报告

[实验目的]

（1）进一步熟悉示波器和信号源的使用方法（2）掌握两种测声速的原理和方法； (3) 了解超声波的发射与接收原理；(4) 加深对纵波波动和驻波特性的理解。 [实验原理] 一、声速测量原理

１．超声波的发射与接收

在超声波的发射与接收中，利用了压电陶瓷的逆、正压电效应，发射的压电换能器是把 电压 信号转换成 声压信号 ；接收的压电换能器是把 声压信号 ，转换成 电压 信号。

２．测量声速的实验方法

在声速的测量中，声波的频率可由连接到发射压电换能器的信号发生器的显示屏直接读出，只要能测出声波的波长，就可由公式 v=f λ 求出声速。

波长可用下列两种方法测量： (1)共振干涉法

由于压电换能器发出的超声波近似于平面声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，从 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 形成驻波，反射面处为媒质振动位移的波节。“声压腹”指的是驻波 波节的位置 。

对于固定位置的发射器S1，沿声波传播方向移动接收器S2时（见实验仪器部分“声速测量实验装置示意图”），接收端面声压的变化和接收器位置的关系可从实验中测出，如下图

所示。

（2）相位比较法

接收器端面声压和位置的变化关系

当接收器处于一系列特定位置上

时，媒质中出现稳定的驻波共振现象，此时接收面上的声压达到极大值。可以证明，接收面两相邻声压极大值之间的距离l ，即为半波长λ/2。 若保持频率f 不变，测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面所移动的距离l ，可以得到：

λ= 2l

沿传播方向上的任意两点，如果其振动状态相同，即两点的位相差为2π的整数倍，这时两点间的距离S应等于波长λ的n (整数)倍，即S = nλ

为了测出波长，可通过李萨育图形判断相位差，将发射端（S1）电信号和接收端（S2）的电信号输入到示波器的CH1和CH2，选择X-Y工作方式即可。当两信号同相或反相时，李萨育图形由椭圆变化成斜线。

[实验仪器]

信号发生器、双踪示波器、综合声

速测定仪、干湿温度计、气压表。

[实验内容与步骤]

一、共振法测声速

（1）将接收器S2稍移开一段距离，与发射器S1相距 6 厘米。

（2）按书中图1连接好电路。

（3）确定发射换能器的谐振频率：接收器S2信号经“CH２”输入，调节信号发生器的频率（在33kHz~39kHz之间调节），观察示波器“ＣＨ２”输入的信号幅度，当波形幅度达到

最大时，此时发射器就处于谐振状态，记录下谐振频率，此后不再改变信号源频率。

(4) 缓慢远移接收器S2，每当接收信号幅度最大时，记录接收器位置X i，连续记录16个数据

填入表1中。

二、相位比较法测声速

（1）做完共振法测声速之后，保持谐振频率不变，示波器水平工作方式选择“Ｘ－Ｙ”。（2）调整两通道的灵敏度，使示波器上李萨育图形的大小合适。每当李萨育图形从椭圆变

为斜线（包括正、负斜率），记录接收器位置X i，连续记录16个数据填入报告册的表2中。

[预习思考题]