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

5

1

A类不确定度SL?(Li?)2? ?5(5?1)i?1

B类不确定度u?

?

? C

2

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?

?? C

2

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。（3）学会用逐差法处理数据。

2、实验仪器

超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B、示波器ST16B。

3、实验原理

3．1 实验原理

声速V、频率f和波长λ之间的关系式为V?f?。如果能用实验方法测量声波的频率f和波长λ，即可求得声速V。常用的测量声速的方法有以下两种。

3．2 实验方法

3．2．1 驻波共振法（简称驻波法）

S1发出的超声波和S2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的

频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。

驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中，

S1、S2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为：

L?n,n?1,2,3??

2（1）

即当S1和S2之间的距离L等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。

移动S2，可以连续地改变L的大小。由式（1）可知，任意两个

相邻共振状态之间，即

?

S2所移过的距离为：

2 （2）

??

可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L改变了2。此距离2可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据Vf，就

可求出声速。

3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法）

在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为：

?L?

Ln?1?Ln??n?1?

?

2

?n?

?

2

?

?

?X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1

A1A2 ?A1??A2? （5）

在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。当相位差

22

2??1?0

时，由（5）式，得

y?A2x

A1，即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

2

yx1?2??1?22

2时，得A1A2，轨迹为以坐标轴为主轴的椭圆当

2

当

2??1??时，得

y??

A2

x

A1，轨迹为处于第二和第四象限的一条直线。

改变S1和S2之间的距离L，相当于改变了发射波和接受波之间的相位差（

2??1）

，荧光屏上的图形也随之变化。显然，L每变化半个波长（即

?L?Ln?1?Ln?)

2，位相差??就变化?。随着振动相位差从0→?的变化，李沙如图形

就按图16——2(a) →（b）→(c)变化。因此，每移动半个波长，就会重复出现斜率符号相反的直线。测得波长和频率f，根据V?f?，就可计算出声速。

?

4、实验内容

（1）熟悉声速测定仪

该仪器由支架、游标卡尺和两只超声压电换能器组成。两只超声压电换能器的位置分别与游标卡尺的主尺和游标相对定位，所以两只换能器相对位置距离的变化量可由游标卡尺直接读出。

两只超声压电换能器，一只为发射声波用（电声转换），一只为接收声波（声电转换），其结构完全相同。发射器的平面端面用以产生平面声波；接收器的平面端面则为声波的接收面和反射面。压电换能器产生的波具有平面性、单色性好以及方向性强的特点。同时可以控制频率在超声波范围内，使一般的音频对它没有干扰。

（2）驻波法测量声速

1）按图接好线路，把换能器S1引线插在低频信号发生器的“功率输出孔”，把换能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打开电源开关，把频率倍乘按钮×10K压入，调节幅度电位器，使数码显示屏读数5--8V电压,电压衰减按钮为20dB；波形选择