声速测量.doc
实验50 声速测量
实验50 声速测量116041B 袁朝华摘要：干涉法与相位法来测声速，期间要用到示波器，信号发生器等仪器来进行测量。
发射器——ejector 平面波——plane wave共振——resonance 信号发生器——signal-generator声速——acoustic velocity 相位差——phase difference干涉法——interferometry 示波器——oscilloscope相位法——phase methode 接收器——receptor【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 fλ=⋅(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。
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，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，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。
声速的测定实验报告.doc
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λf V =。
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）S 1发出的超声波和S 2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，S 1、S 2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：ΛΛ3,2,1,2==n nL λ（1）即当S 1和S 2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S 2，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S 2所移过的距离为：()22211λλλ=⋅-+=-=∆+n n L L L n n （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2λ。
此距离2λ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f V ⋅=λ，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：()()φφφφ122122122122-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Sin Cos A A XY A Y A X （5）在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。
声速测量
实验十二 声速测量 编辑：李家望 赵斌摘 要 本实验通过压电换能器将声波转换为电信号，从而利用示波器测量了空气中的声速。
相对不确定度为1.9%和1.3%。
关键词 压电换能器，声波，电信号，示波器，声速 实验目的1． 利用共振干涉法和位相比较法测量超声波在空气中的传播速度。
2． 加强对驻波及振动合成等理论的理解。
实验原理1．声波在空气中传播速度：理想气体μγRT v =V P C C /=γ为比热容比，μ是气体的摩尔质量。
在室温时，声速的近似理论公式为：15.273145.331100t T t v v +≈+= （m/s ）2．压电换能器工作原理压电换能器是一种多晶结构的压电陶瓷材料，被极化的压电陶瓷具有压-电效应。
超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应使电压变化转变为声压变化，超声波的接收则是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压变化。
3．共振干涉法（驻波法）测声速实验装置如图一所示。
图中S 1、S 2为压电陶瓷喇叭，S 1接函数信号发生器，作为超声波源； S 2为接收器，接二踪示波器，且能在接收声波的同时反射部分声波。
这样，S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内因同频率，同振动方向，传播方向相反相干涉而形成驻波。
移动S 2即改变L ，当S 2将经过波腹时，声波信号最强，在示波器上得到的信号振幅最大；当S 2将经过波节时，在示波器上得到的信号振幅最小（因反射声波（会衰减）振幅小于入射声波振幅，合成后波节振幅不为零）。
S 2将经过一系列波腹，波节的位置，示波器上的信号幅度会周期性变化，任意两个相邻波腹（节）的距离，通过S 2的移动的距离由游标卡尺可测得：必满足 ΔL = L n +1- L n =λ/2又声波频率f 由函数信号发生器上读得，可得声速： v =λ f =2ΔL f 4．位相比较法（行波法）测声速实验装置如图二所示。
将函数信号发生器的交变信号输入S 1的同时输入示波器的X 轴（CH1通道），将S 2输出的信号接入示波器的Y 轴（CH2通道），则示波器上就会出现李萨如图形。
声速测量
七、实验数据
(1)李萨如图形相位比较法
温度＝20.8℃信号发生器显示频率＝37.003 kHz
接受器位置序号
1
2
3
4
5
6
接受器位置坐标/mm
55.40
64.53
73.94
83.40
92.65
101.90
接受器位置序号
6
7
8
9
10
11
接受器位置坐标
用逐差法处理数据，求出超声波的波长；求出频率的平均值，由c=fλ求出声速。记下室温t，根据理论公式
c理 = （5）
计算声速。
其中 是 =273.15K时的声速， ， ，最后求测量值与理论值的百分误差。
5、实验仪器
(1)4325型示波器
（2）SVX-5综合声速测试仪
（3）连接导线（4根)
六、实验步骤
（1）打开压电换能器的开关，将超声波的频率调至40khz附近。将S1的输入信号接至示波器的X轴，S2接受的信号接至示波器的Y。
用李萨茹图形测位相差
将送给S1的输入信号接至X轴，S2接收到的信号接至Y轴。设输入X轴的入射波的振动方程为：
φ （1）
则Y轴接收到的的S2波形的振动方程为：
φ （2）
合成的振动方程为：
φ φ φ φ （3）
次方程的轨迹为椭圆椭圆长短轴由相位差（φ φ 决定。位相差为φ=0时，轨迹为在一、三象限的直线段，若φ=π/2，则轨迹为椭圆，若φ=π，轨迹为在二、四象限的直线段。
次数
接受器记录
被测数
被测λ数n
X= − /mm
λ=x/n /mm
λ
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(3)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，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。
4.8 声速测量
4.8 声速测量声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。
声速的测量方法可分为两大类：1.直接法(脉冲法)，利用关系式t S /=υ，测出传播距离S 和所需时间t 后，即可算出声速υ；2.间接法(波长-频率法)，利用关系式λυf =，测出其频率f 和波长λ来计算声速υ。
本实验采用的共振干涉法和相位比较法属于后一类。
超声波的频率范围为2×104～108Hz ，由于波长短，易于定向发射，在超声波段进行声速测量比较方便。
实际应用中超声波传播速度对于超声波测距、定位、测液体流速、比重、溶液的浓度、测材料弹性模量、测量气体温度变化等都有重要意义。
【实验目的】1.掌握用不同方法测定声速的原理和技术。
2.进一步熟悉示波器和信号源的使用方法。
3.了解发射和接收超声波的原理和方法。
4.加深对纵波波动和驻波特性的理解【实验原理】一、超声波的产生与接收超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成。
压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换，它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。
超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变电压作用下，压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩，产生机械振动而在空气中激发出超声波。
超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化。
压电换能器系统有其固有的谐振频率0f ，当输入电讯号的频率接进谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，等于谐振频率时，它的振幅最大，作为波源其辐射功率就最大；当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时，它作为接收器转换的电讯号最强，即灵敏度最高。
本实验中，压电换能器的谐振频率在35k ～39kHz 范围内，相应的超声波波长约为1cm 。
由于波长短，而发射器端面直径比波长大得多，因而定向发射性能好，离发射器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波。
声速的测量
实验名称:声速的测量实验目的:了解超声波的产生、发射和接收的方法，用干涉法（驻波法）和相位法测量声速。
实验原理：（一）为什么选择超声波进行测量。
在弹性介质中，频率从20Hz 到20kHz 的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz ，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz 之间。
超声波的传播速度，就是声波的传播速度。
超声波具有波长短，易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。
本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子。
实验装置由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。
本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。
声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。
下图是超声波测声速实验装置图。
驻波法测波长由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，它们波动方程分别是：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λπx ft A y 2cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λπx ft Acod y 22叠加后合成波为：()()y = 2Acos 2X/cos 2ft πλπ当X =n /2 λ±时y = 2Acos2X / =1πλ±称为波腹 当()X =2n+1/4 λ±时()cos 2X/0πλ=，称为波节因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn 、Xn-1即可得波长。
相位法测波长从换能器S 1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差：ϕ = 2πx/λ其中λ是波长，x 为S 1和S 2之间距离。
因为x 改变一个波长时，相位差就改变2π。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
实验记录实验仪器及规格YB1638 0.3KHz~3MHz 函数信号发生器 游标 量程 30cm 精度0.02mm实验温度前 22.5℃ 实验后温度22.8℃谐振频率 34.65KHz实验步骤1检查仪器2调节超声发生器，使发射平面与游标垂直 3调节超声接收器，使接收面与发射面平行4连接函数发生器与超声发射器，连接超声接收器与示波器5调节函数发生器的频率，使示波器上的简谐波产生最大振幅，即发生谐振。
示波器的原理和使用、声速测量实验报告.doc
示波器的原理和使用、声速测量实验报告.doc 示波器原理和使用示波器又称示波仪，是一种用于观察和测量电信号波形的仪器。
它可以通过探针将待测电信号输入示波器，然后在示波器屏幕上显示出该电信号的波形图。
示波器的工作原理是利用显像管来显示被测电压波形。
当待测电压信号被输入后，示波器中的电子束会受到电信号的控制而在显像管屏幕上形成一条波形曲线，从而达到观察和测量电信号的目的。
示波器的使用方法如下：1.将待测电信号输入示波器。
2.调节示波器的水平和垂直放大系数，以便能够清晰地观察到波形。
3.根据需要调整示波器的触发模式，使波形图显示正常。
4.观察和分析波形，进行相应的测量和分析。
声速测量实验报告一、实验目的1.了解并掌握测量声速的原理和方法。
2.掌握测量仪器的使用方法。
3.了解如何利用实验和数据处理方法准确地测量声速。
二、实验器材1.示波器2.声源3.接收器4.测量仪器5.计算机三、实验步骤1.将声源和接收器分别放置于固定距离的两个位置，并打开实验仪器测量声波传播的时间差。
2.将测量得到的时间差带入公式中，计算出声速的实际值。
3.将实验数据输入计算机进行处理和分析。
四、实验结果与误差分析1.经过多次实验和计算，得到的声速实际值为345m/s，与标准值相差不大，误差范围在正负3%以内。
2.实验过程中受到的误差主要来自于仪器误差和实验操作误差。
在实际测量中需要尽可能减小这些误差。
五、结论本次实验采用了简单的测量方法和仪器，准确地测量了声速的实际值。
实验结果与标准值相差不大，证明了实验方法的有效性和可靠性。
六、参考文献无。
声速的测量
声速的测量实验目的：1、了解超声波的发射和接收方法；2、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解；3、掌握用驻波法和相位法测声速。
实验原理：(见预习报告)实验仪器：低频信号发生器、示波器、超声声速测定仪、频率计等。
实验内容：1、调整仪器使系统处于最佳工作状态（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，调S2，使其端面平行S1的端面在旋紧，两端面严格平行。
（2）调整低频信号发生器输出谐振频率ν连好仪器后，调整低频信号发生器输出的正弦幅度，同时调整接收端的示波器，使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，找到后，调节信号风生水起的输出频率，使示波器上地讯号幅度最大，再用微调旋钮微调输出频率，是示波器上有更大的讯号幅度，此时信号发生器输出的频率值即为本系统地谐振频率ν。
为了精确，可以重复几次。
2、驻波法（共振干涉法）测波长和波速（1）根据原理图连接好仪器，示波器上接通道1，测量前移动游标，将S2从一端缓慢移向另一端，并来回几次，观察示波器上的讯号幅度的变化，了解波的干涉现象。
（2）测量，S1与S2之间的距离从近到远，选择一个示波器上的讯号幅度最大处（驻波的波腹）为起点（游标的读数为5cm左右即可）,记下S2的位置，缓慢移动S2，依次记下每次讯号幅度最多时S2的位置（驻波的波腹）x 1,x 2,…,x 12，共12个值，见原始数据。
（3）实验中要记下实验室的温度t （取实验开始时的室温与实验结束时的室温的平均值），见原始数据,我记了结束时的温度，由于温度基本没有变化，所以对结果的影响不会很大，可以忽略。
3、相位比较法测波长（1）在上面实验仪器的基础上，再在信号发生器输出接线柱上再增加一根导线，接到示波器的X 输入，将示波器X 扫描旋钮旋至“外接”，将通道1关闭，通道2打开。
(2)调节示波器使屏上出现李萨如图，缓慢的增加S 1与S 2之间的距离（即改变两输入波的相位差）。
(完整word版)声速的测量
声速的测量1. 实验目的（1）了解声速测量仪的结构和测试原理；（2）通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能；（3)用共振干涉法和相位比较法测量声速，并加深有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解；（4）进一步掌握示波器、低频信号发生器和数字频率计的使用。
2。
实验仪器SV—DH系列声速测试仪，SVX-5型声速测试仪信号源,双踪示波器（20MHz)。
3。
仪器简介（1）声波频率介于20Hz~20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于20kHz～500MHz的称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短,易于定向发射和会聚等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz～60kHz之间.在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
(2) 压电陶瓷换能器SV—DH系列声速测试仪主要由压电陶瓷换能器和读数标尺组成。
压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。
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。
它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T时，在极化方向上产生一定的电场强度E且具有线性关系：E=CT；当与极化方向一致的外加电压U加在压电材料上时,材料的伸缩形变S与U之间有简单的线性关系：S=KU，C为比例系数，K为压电常数，与材料的性质有关。
由于E与T,S与U之间有简单的线性关系，.即压电,即用压电陶瓷(信实验装置接线如图2所示，置示波器功能于X －Y 方式。
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2，在发射波和接收波之间产生相位差：VLL πνλπϕϕϕ2221==-=∆ （1)因此可以通过测量ϕ∆来求得声速。
ϕ∆的测定可用相互垂直振动合成的李萨如图形来进行。
设输入X 轴的入射波振动方程为)cos(11ϕω+=t A x （2）输入Y 轴的是由S2接收到的波动，其振动方程为:)cos(22ϕω+=t A y (3）图2 实验装置上两式中：A 1和A 2分别为X 、Y 方向振动的振幅，ω为角频率，1ϕ和2ϕ分别为X 、Y 方向振动的初相位，则合成振动方程为)(sin )cos(21221221222212ϕϕϕϕ-=--+A A xyA y A x （4） 此方程轨迹为椭圆，椭圆长、短轴和方位由相位差21x A A y 12=迹为处于第一和第三象限的一条直线,显然直线的斜率为12A A 。
物理实验报告-声速的测量
声速的测量1、实验器材示波器、信号发生器和声速仪2、实验原理由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=λf，只要知道频率和波长就可以求出波速。
本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。
声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。
（1）驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与反射波叠加，它们波动方程分别是：y1=Acos2π（ft-x/λ）y2=Acos2π（ft+x/λ+π）叠加后合成波为：y=（2Acos2πx/λ）cos2πft各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±nλ/2 n=0,1,2,3…各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±(2n+1)λ/4 n=0,1,2…因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置即可得波长。
（2）相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：φ=2πx/λ，其中是波长，x为S1和S2之间距离。
因为x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。
3、实验数据记录（1）相位法测波长和声速：①信号发生器输出信号的频率（Hz）：35100（2）驻波法测波长和声速①信号发生器输出信号的频率（Hz）：352004、数据计算及处理（1）相位比较法测波长与声速：①利用逐差法处理平均值，计算，波长大小λ（mm）=9.64②利用声速计算公式v=λf，计算出声速v（m/s）=338.4 （2）驻波比较法测波长与声速：①利用逐差法处理平均值，计算，波长大小λ（mm）=9.62②利用声速计算公式v=λf，计算出声速v（m/s）=338.625、分析、讨论、体会及思考问题（1）为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？如何判断测量系统处于谐振状态：谐振时超声波的发射和接收频率均达到最高；保持其它条件不变，仅仅改变信号发生器的输出频率，观察接收到的超声波信号幅度，出现极大值时对应的频率就是谐振频率。
实验报告--声速的测量
实验报告--声速的测量实验报告声速的测量一、实验目的本次实验的主要目的是通过不同的方法测量声速，并对测量结果进行分析和比较，以加深对声学知识的理解和掌握。
二、实验原理1、共振干涉法在声源和接收器之间产生驻波，当接收器与声源之间的距离等于半波长的整数倍时，会形成共振，从而接收到的声压信号最强。
通过测量相邻两次共振时接收器移动的距离，就可以计算出声波的波长，再结合声波的频率，即可求得声速。
2、相位比较法通过观察声源和接收器处声波的相位差来测量声速。
当声源和接收器之间的距离改变一个波长时，相位差变化2π。
利用示波器显示的李萨如图形，可以确定相位差的变化，从而计算出声波的波长和声速。
3、时差法测量声波在一定距离内传播的时间差，根据距离和时间差计算出声速。
三、实验仪器1、声速测量仪包括声源、接收器、游标卡尺等。
2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、共振干涉法（1）将声源和接收器安装在导轨上，调整二者的位置，使其处于同一直线上。
（2）打开信号发生器和示波器，调整信号频率，使示波器上显示出清晰的正弦波。
（3）缓慢移动接收器，观察示波器上信号的幅度变化，记录相邻两次幅度最大时接收器的位置。
（4）重复测量多次，计算出声波的波长和声速。
2、相位比较法（1）按照共振干涉法的步骤连接好仪器。
（2）将示波器的 X 轴输入接至声源的信号，Y 轴输入接至接收器的信号。
（3）缓慢移动接收器，观察示波器上李萨如图形的变化，当图形由直线变为椭圆，再变为直线时，记录接收器的位置。
（4）重复测量多次，计算出声波的波长和声速。
3、时差法（1）将声源和接收器分别放置在一定距离的两端。
（2）利用信号发生器产生脉冲信号，同时触发声源和示波器。
（3）接收器接收到信号后，传输至示波器，测量脉冲信号发出和接收的时间差。
（4）改变声源和接收器之间的距离，重复测量多次，计算出声速。
五、实验数据记录与处理1、共振干涉法｜测量次数|接收器位置（mm）｜｜｜｜｜1|＿____|｜2|＿____|｜3|＿____|｜4|＿____|｜5|＿____|根据测量数据，计算相邻两次共振时接收器移动的距离，求出波长平均值λ1，再根据信号发生器的频率 f，计算出声速 v1 ＝λ1×f 。
声速的测量
物理实验报告一、【实验名称】超声波声速的测量二、【实验目的】1、了解声速的测量原理2、学习示波器的原理与使用3、学习用逐差法处理数据三、【仪器用具】1、SV-DH-3型声速测定仪段2、双踪示波器3、SVX-3型声速测定信号源四、【仪器用具】1.超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz之间。
在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。
图11为纵向换能器的结构简图。
2.S2）。
当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。
在上述假设条件下，发射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。
在S2处产生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信号相位与ξ1相反，幅度A1＜A。
ξ1与ξ2在反射平面相交叠加，合成波束ξ 3ξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ)=A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)由此可见，合成后的波束ξ3在幅度上，具有随cos(2πx /λ)呈周期变化的特性，在相位上，具有随(2πx /λ)呈周期变化的特性。
图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2πx /λ)变化的特征。
而S2则作为声波的接收器，压电效应将接收到的声压转换成电信号。
将它输入示波器，我们就可看到一组由声压信号产生的正弦波形。
由于S2在接收声波的同时还能反射一部分超声波，接收的声波、发射的声波振幅虽有差异，但二者周期相同且在同一线上沿相反方向传播，二者在S1和S2区域内产生了波的干涉，形成驻波。
我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器S2处的振动情况。
声速的测定
声速的测定实验目的：1.学会用共振干涉和相位比较法测定声波在空气中的传播速度。
2.熟悉示波器和信号源的使用方法。
实验仪器：1．1．示波器。
2．2．函数信号发生器。
3． 3． 声速测定仪。
实验原理：声波的传播速度称为声速。
在0℃ 时，干燥空气中的声速m v 45.3310=/s ，在室温t ℃下，其理论值为本实验就是要测量在t ℃时声速的实验值，计算公式为v 实=f λ其中f 是换能器的谐振频率，可通过信号源直接读出。
λ可采用两种不同的方法进行测量。
1．1．共振干涉法（驻波法）从发射器发出的平面波，经接受器反射后，在两端面间来回反射并且叠加，使空气媒质形成驻波，当两端面间的距离满足一定条件时，驻波的波幅达到极大，发射器和接收器间产生共振现象。
此时接收器端面接收的声压最大，其转换成的电信号也最强，可在示波器屏幕上看到此现象，并可将此时接受器的位置记录下来，相邻两个共振驻波对应的接收器位置差，即为所求波长的一半，根据v 实=fλ可求出声速。
2．2．位相比较法由发射器发出的声波在空气中传播时，将引起空气媒质各点振动，此频率与发射器的振动频率相同，其振动相位与发射器相位之差Δφ与时间无关，即λϕl v f ππ212==∆其中l 为该点至发射器的距离，若在1l 处其振动与发射器的振动反相，即π)12(1-=∆k ϕ（k 为正整数），与之相邻的同相点（距发射器为2l ）的相位差为πk 22=∆ϕ，则有πππ=-λλ/2/212l l ，即2/12λ=-l l ，说明相邻的与发射器同相点的位置与反向点的位置相距半个波长。
这样，实验时只需将接收器从发射器附近缓慢移开，通过示波器依次找出一系列与发射器同相和反向的点的位置，就可求出声波的波长。
实验内容：一.用共振干涉法测声速1.按图接线，电路图如下：2.调信号源频率为发射器的共振频率，此时示波器接收到的信号幅度最大。
3．3．移动接收器，依次计下各共振驻波处接收器的位置。
声速测量实验
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安装仪器：将声速测量仪放置在无 回声的实验室内，确保仪器稳定
开始测量：调整信号发生器，使声 波通过声速测量仪，观察示波器上 的波形，记录数据
数据处理与分析
数据记录：准确记录实验过程中的各项数据，包括声速测量值、温度、气压等。
数据处理：对收集到的数据进行处理，包括数据清洗、异常值处理等。
THANK YOU
汇报人：XX
实验结论：根据实验数据和 误差分析得出结论
误差来源分析
测量设备误差： 设备精度不足或 老化可能导致测 量误差
环境因素：温度、 湿度、气压等环境 因素变化可能影响 声速测量结果
操作误差：实验 操作不规范或误 差可能导致测量 结果偏离真实值
信号源稳定性： 信号源不稳定可 能导致声速测量 结果不准确
误差对结果的影响
原理：利用压电效应将电信号 转换为声波信号
特点：频率高、波长短、方向 性好
应用：声速测量实验中用于产 生超声波信号
超声波接收器
作用：接收超声 波信号
组成：接收电路、 信号处理电路和 显示模块
特点：高灵敏度、 低噪声、抗干扰 能力强
应用：声速测量实 验中接收超声波信 号，进行数据处理 和实验结果展示
实验总结与展望
实验收获与体会
掌握了声速测量的基本原理和方法 学会了使用声速测量仪器进行实验操作 了解了声波在不同介质中的传播特性 培养了实验操作能力和数据分析能力
实验不足与改进建议
实验数据采集和处理存在误 差，需要采用更精确的测量 仪器和方法。
实验操作过程不够规范，需 要加强实验技能培训。
存储实验数 据和结果
显示实验图 像和波形
实验步骤
声速测量
实验二：声速的测量一、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。
二、实验原理：λ=声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为：fv可见，只要测出声波的频率f和波长λ，即可求出声速。
f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。
移动游标卡尺，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，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λ=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值等于半波长），则根据公式：fv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。
在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。
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。
声速的测量实验报告
声速的测量实验报告1. 引言声速是指在特定介质中传播的声波的速度。
声速的测量对于科学研究和实际应用具有重要意义。
本实验旨在通过测量不同介质中声波传播的时间和距离，来计算声速的值，并比较实验结果与标准值的差异。
2. 实验器材•振动源•示波器•尺子•计时器•不同介质的容器（如空气、水）3. 实验步骤3.1 准备工作1.将振动源放置在一个固定的位置，确保其震动方向与传播路径平行。
2.将示波器连接到振动源，确保信号能够清晰地被示波器捕捉到。
3.2 测量空气中的声速1.将振动源放置在室内空气中，保持一定的距离。
2.开始示波器，并记录下示波器上显示的时间。
3.用尺子测量振动源与示波器之间的距离。
4.根据测得的时间和距离，计算出声波在空气中的传播速度。
3.3 测量水中的声速1.将振动源放入水中，确保振动源完全浸没在水中。
2.重复步骤3.2中的操作，测量声波在水中的传播速度。
4. 数据分析与计算通过步骤3测得的时间和距离数据，我们可以计算出声波在不同介质中的传播速度。
4.1 空气中声速的计算根据测得的时间（t）和距离（d）数据，可以使用以下公式计算空气中声速（v）：v = d / t4.2 水中声速的计算同样，根据测得的时间（t’）和距离（d’）数据，可以计算出水中声速（v’）：v' = d' / t'5. 结果与讨论通过实验测量得到的空气中声速和水中声速的数值与标准值进行比较。
以标准大气压下空气的声速为345 m/s，水中声速为1492 m/s为基准值，计算得到的实验结果如下：•空气中声速：340 m/s•水中声速：1470 m/s与标准值相比，空气中声速略低，水中声速也略低。
可能的原因包括实验过程中的误差和不确定因素。
根据实验结果，我们可以得出结论：声速在不同介质中有所差异，且实际测量值可能与标准值存在一定偏差。
6. 结论通过本实验，我们成功测量了空气和水中的声速，并与标准值进行了比较。
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实 验 报 告 评分
13系 07级 姓名龙林爽 日期2008-12-12 No.PB07013075
实验题目：声速的测量
实验目的：用压电陶瓷超声换能器来测定声波在空气中的传播速度。
实验内容：
一、通过温度测量声速
由温度计读数得，00
022.5,22.8t T C T C ==，
0022.522.8
22.6522
t T T T C ++∴=
==
由公式0331.45v v v m s ==得：
331.45344.9185m s v ==
二、驻波法测量声速
1、调节信号发射器，使压电陶瓷换能器达到谐振，记下共振频率335.0610f Hz =⨯。
2、记录下示波器上信号幅度最大时的游标卡尺的读数。
3、由逐差法求得两波腹间的差值：
-34.9818210i
x
x m n
∆∴∆=
=⨯∑
误差分析
0.00004143
0.00001249
x
A
A
m
u m
σ
∆
=
=
∴===
类不确定度
0.020
0.0004mm0.0000004
0.0000002309
B
B
B
mm mm
m
u m
C
∆=∆=
∆====
∆
∴===
仪估
Ｂ类不确定度
0.95
0.0002448
U m ==合成不确定度
4、求出波长
-3
22 4.98182100.00996364
x m m
λ=∆=⨯⨯=
5、计算声速和不确定度
由公式v fλ
=得，
3
35.06100.00996364=349.3252184m s
v=⨯⨯
误差分析：
ln ln ln
v
v f
v f
dv df d
v f
U
λ
λ
λ
λ
=
∴=+
=+
=
0.01
3.3333,0.0002448
3
f
kHz
U Hz U m
Cλ
∆
===
=
仪
349.3252184
8.583m s
v
v
U
U
∴==
=
()
349.3258.583m
v
∴=±(0.95)
t=
三、相位法测量声速
1、调节信号发射器，使压电陶瓷换能器达到谐振，记下共振频率335.0610f Hz =⨯。
2、记录下示波器上李萨如图形变为直线时，斜率相同时的卡尺读数。
3、由逐差法求得波长差的值：
-310.110i
m n
λ
λ∆∴=
=⨯∑
误差分析
0.00020591
0.00006863A A m
u m λσ=
=∴=
=
=类不确定度
0.0200.0004mm 0.00000040.0000002309B B B mm mm
m u m C ∆=∆=∆==
==∆∴=
==仪估Ｂ类不确定度
0.950.0001345U m
=
=
=合成不确定度
4、计算声速和不确定度 由公式v f λ=得，
3-335.061010.110=354.106m s v =⨯⨯⨯
误差分析：
ln ln ln v v f v f dv df d v f U λ
λλλ=∴=+=+=
0.01 3.3333,0.00013453
f kHz U Hz U m C λ∆=
===仪
354.1064.716m v v U U ∴===
()354.106 4.716m s v ∴=± (0.95)t =
四、对三种方法测定的结果的比较讨论
在以上三种方法测定的声速中，个人认为第一种通过温度测定的声速最不准确。
因为，首先该公式是忽略了空气中的水蒸气和其他杂物的影响的，而实际情况中，这些影响不能忽略；然后对温度的测量也不太准确，本实验中是取实验开始和结束的温度平均值作为待测温度，这种处理不太准确。
用驻波法测量声速，相对准确一些。
首先原理可行，而且由于现象比较明显，所以测量也比较准确。
用相位法声速，虽然原理可行，但是在测量过程中，调节李萨如图形成为一条直线误差比较大。
所以结果也会由一定的偏差。
思考题：
1、固定两换能器的距离改变频率，以求声速，是否可行？
答：不可行。
频率改变后，即使求出了波长，也无法通过公式求出速度。