超声波实验
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计算测量值与理论值的相对误差
注意事项
电源接通时，两超声换能器不得接触。
思 考 题
1 逐差法处理数据的优点是什么？ 2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速 测量？ 3 试举三个超声波应用的例子，它们都是利用了
超声波的哪些特性？
相位差图
实验内容
用驻波法或相位法测量声音在空气中 或水中的速度。
实验步骤
一．寻找系统的谐振频率
1.转动丝杆寻找信号幅 度最强的位置. 2.调节信号发生器的频 率，使示波器上的信号 幅度最大，此时信号发 生器输出的频率值即为 本系统的谐振频率f0
二. 驻波法测波长
1. 接好电路（发射器——激振器、接收器——拾振器、 发射监测——触发信号、接收监测——CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式（共振法、相位法），预热 15分钟。 3.寻找谐振频率（CH2通道波幅最大时对应的频率）并 记录此频率，在以后的实验中不得更改此频率。 4.将S2移近S1,在距离10cm附近找共振位置（振幅最 大点），移动S2，依次记下各振幅极大时的x值，记 录10组数据。
(i 1, 2, 3 10)
1 i ( L10 i Li ) 5 10
1 ( L10 i Li ) (i 1,2,3,) 50 i 1
_ _ v f
3）空气中声速的理论值
T 用 公式vs v0 计算出理论值 vs T0 (式中v 0 331.45m / s为T 0 273.15K时的声速， T t 273.15K)
4.继续移动S2,示波器上李萨如图形相位发生周期变化, 依次记下斜线出现时S2的位置x1，x2，…。
实验数据及处理
１．驻波法测量空气中的声速
1）实验数据
Li (mm)
L1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 8 L 9 L10
数据
Li (mm)
L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 L19 L 20
垂直移位 （CH2）
水平移位
触发 电平
聚 焦 调 节 CH1通道 CH２通道 灵敏度调节 （ＣＨ２）
扫描 速度 选择
灵敏度调 节（ＣＨ １）
3.信号发生器
输出信号监测
输入信号监测
输出超声发射 器驱动信号
输入超声接收 信号
频率调 节
实验原理
声速、声源振动频率和波长之间的关系为
v f
式中
v 为声速； f
后盖反射板 压电陶瓷片 辐射头
压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、 锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。 压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器， 反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶 瓷片作为声频信号接收器。
2. 示波器
亮 度 调 节
垂直移Байду номын сангаас位（ CH1）
声压变化与接收器位置的关系
二.相位比较法（李萨如图形法）
示波器x, y轴输入波的相位差：
2L /
因为L改变一个波长时，相位差就改变 2 。利用李
萨如图形就可以测得超声波的波长。
相位差与李萨如图形的关系
当移动接收换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大 小会随发射——接收的 距离L发生变化，而且椭圆 的相位亦发生变化。
ZKY-SS声速测定实验仪（信号源、测定仪、 水槽）、示波器
信号源 换能器 移动支架
示波器
zky-ss型声速测定实验仪主要由压电陶瓷换能器 和读数标尺组成。
发射换能器的发射面与接收换能器的 接收面要保持互相平行！
压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成 换 能 器 结 构 图
正负电极片
三.李萨如图形法
1. 接好电路（发射器——激振器、接收器——拾振器、 发射监测——CH1、接收监测——CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式。 3. 示波器设置为x、y工作状态,选择适当的档位,调出李 萨如图形。
3.在共振频率下，使S2靠近S1，再缓慢远离S1，当示 波器上出现斜线（△Φ =0、л ），记下S2的位置x。
cos 2ft
波腹:振幅最大的点. 对应的位置：
cos 2 x / 1
cos 2 x / 0
x n / 2 ( n 0,1, 2 )
x (2n 1) / 4 ( n 0,1, 2 )
任意两相邻波腹(波 节)之间的距离为
波节:振幅最小的点. 对应的位置：
实验四十 超声波实验
王淑珍
实验目的
了解声波在空气中传播的特性 了解压电换能器的功能 了解声波的产生、发射和接受方法 进一步掌握示波器、信号发生器的使用方法 加深对波的传播、干涉、驻波、振动合成等理 论知识的理解。 学习驻波法和相位法测试超声波在空气、水中 的传播速度
实验器材
为频率； 为波长。
谐振时,声波频率就是低频信号发生器 输出频率。因此声速测量是通过直接测量 声波的波长。
声波波长的测量方法
一.驻波法（共振干涉法）
1.驻波的形成及特点
驻波方程
y1 A cos 2 ( ft
y2 A cos 2 ( ft
x
)
)
x
y y1 y2 2Acos2 x
2
.
发射换能器S1发出的一定频率的平面声波，经过
空气传播，到达接收器（接受换能器S2）。如果
接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上
垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反
射面处为驻波的波节。改变接收器与发射源之间
的距离l，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳
定的驻波共振现象。
由纵波性质和驻波理论可知，接收面按振动位移来 说处于波节时,接收到的声压相应达到最大值,所接受 电信号最强。 移动接受器时、 示波器所显示的 信号幅度会由极 大逐渐变小、然 后再变大、相邻 二次达到极大值 的距离为／2.
数据
2）逐差法处理实验数据（见书第10页）
Li 10 Li L11 L1 L12 L 2 L13 L3
5 (m m)
L14 L 4 L15 L5
Li 10 Li
5 ( mm )
L16 L6 L17 L 7 L18 L8 L19 L9 L 20 L10
注意事项
电源接通时，两超声换能器不得接触。
思 考 题
1 逐差法处理数据的优点是什么？ 2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速 测量？ 3 试举三个超声波应用的例子，它们都是利用了
超声波的哪些特性？
相位差图
实验内容
用驻波法或相位法测量声音在空气中 或水中的速度。
实验步骤
一．寻找系统的谐振频率
1.转动丝杆寻找信号幅 度最强的位置. 2.调节信号发生器的频 率，使示波器上的信号 幅度最大，此时信号发 生器输出的频率值即为 本系统的谐振频率f0
二. 驻波法测波长
1. 接好电路（发射器——激振器、接收器——拾振器、 发射监测——触发信号、接收监测——CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式（共振法、相位法），预热 15分钟。 3.寻找谐振频率（CH2通道波幅最大时对应的频率）并 记录此频率，在以后的实验中不得更改此频率。 4.将S2移近S1,在距离10cm附近找共振位置（振幅最 大点），移动S2，依次记下各振幅极大时的x值，记 录10组数据。
(i 1, 2, 3 10)
1 i ( L10 i Li ) 5 10
1 ( L10 i Li ) (i 1,2,3,) 50 i 1
_ _ v f
3）空气中声速的理论值
T 用 公式vs v0 计算出理论值 vs T0 (式中v 0 331.45m / s为T 0 273.15K时的声速， T t 273.15K)
4.继续移动S2,示波器上李萨如图形相位发生周期变化, 依次记下斜线出现时S2的位置x1，x2，…。
实验数据及处理
１．驻波法测量空气中的声速
1）实验数据
Li (mm)
L1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 8 L 9 L10
数据
Li (mm)
L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 L19 L 20
垂直移位 （CH2）
水平移位
触发 电平
聚 焦 调 节 CH1通道 CH２通道 灵敏度调节 （ＣＨ２）
扫描 速度 选择
灵敏度调 节（ＣＨ １）
3.信号发生器
输出信号监测
输入信号监测
输出超声发射 器驱动信号
输入超声接收 信号
频率调 节
实验原理
声速、声源振动频率和波长之间的关系为
v f
式中
v 为声速； f
后盖反射板 压电陶瓷片 辐射头
压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、 锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。 压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器， 反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶 瓷片作为声频信号接收器。
2. 示波器
亮 度 调 节
垂直移Байду номын сангаас位（ CH1）
声压变化与接收器位置的关系
二.相位比较法（李萨如图形法）
示波器x, y轴输入波的相位差：
2L /
因为L改变一个波长时，相位差就改变 2 。利用李
萨如图形就可以测得超声波的波长。
相位差与李萨如图形的关系
当移动接收换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大 小会随发射——接收的 距离L发生变化，而且椭圆 的相位亦发生变化。
ZKY-SS声速测定实验仪（信号源、测定仪、 水槽）、示波器
信号源 换能器 移动支架
示波器
zky-ss型声速测定实验仪主要由压电陶瓷换能器 和读数标尺组成。
发射换能器的发射面与接收换能器的 接收面要保持互相平行！
压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成 换 能 器 结 构 图
正负电极片
三.李萨如图形法
1. 接好电路（发射器——激振器、接收器——拾振器、 发射监测——CH1、接收监测——CH2 ）。 2.选择连续正弦波工作模式。 3. 示波器设置为x、y工作状态,选择适当的档位,调出李 萨如图形。
3.在共振频率下，使S2靠近S1，再缓慢远离S1，当示 波器上出现斜线（△Φ =0、л ），记下S2的位置x。
cos 2ft
波腹:振幅最大的点. 对应的位置：
cos 2 x / 1
cos 2 x / 0
x n / 2 ( n 0,1, 2 )
x (2n 1) / 4 ( n 0,1, 2 )
任意两相邻波腹(波 节)之间的距离为
波节:振幅最小的点. 对应的位置：
实验四十 超声波实验
王淑珍
实验目的
了解声波在空气中传播的特性 了解压电换能器的功能 了解声波的产生、发射和接受方法 进一步掌握示波器、信号发生器的使用方法 加深对波的传播、干涉、驻波、振动合成等理 论知识的理解。 学习驻波法和相位法测试超声波在空气、水中 的传播速度
实验器材
为频率； 为波长。
谐振时,声波频率就是低频信号发生器 输出频率。因此声速测量是通过直接测量 声波的波长。
声波波长的测量方法
一.驻波法（共振干涉法）
1.驻波的形成及特点
驻波方程
y1 A cos 2 ( ft
y2 A cos 2 ( ft
x
)
)
x
y y1 y2 2Acos2 x
2
.
发射换能器S1发出的一定频率的平面声波，经过
空气传播，到达接收器（接受换能器S2）。如果
接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上
垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反
射面处为驻波的波节。改变接收器与发射源之间
的距离l，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳
定的驻波共振现象。
由纵波性质和驻波理论可知，接收面按振动位移来 说处于波节时,接收到的声压相应达到最大值,所接受 电信号最强。 移动接受器时、 示波器所显示的 信号幅度会由极 大逐渐变小、然 后再变大、相邻 二次达到极大值 的距离为／2.
数据
2）逐差法处理实验数据（见书第10页）
Li 10 Li L11 L1 L12 L 2 L13 L3
5 (m m)
L14 L 4 L15 L5
Li 10 Li
5 ( mm )
L16 L6 L17 L 7 L18 L8 L19 L9 L 20 L10