声速测量数据处理与思考题

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声速测定实验报告答案

一、实验目的1. 了解声波在空气中的传播速度及其影响因素。

2. 掌握使用驻波法和相位法测定声速的方法。

3. 熟悉实验仪器的使用，提高实验操作技能。

二、实验原理声波是一种机械波，在介质中传播时，其速度受到介质性质和温度等因素的影响。

在空气中，声速可用以下公式计算：v = 331.5 + 0.6T其中，v为声速（m/s），T为空气温度（℃）。

1. 驻波法测量声速：当两列频率相同、振幅相等、传播方向相反的声波相遇时，会发生干涉现象，形成驻波。

驻波中波腹（振动幅度最大的点）与波节（振动幅度最小的点）之间的距离等于半个波长。

通过测量波腹间距，可以间接求出波长，再结合频率计算声速。

2. 相位法测量声速：相位法是通过测量声波传播过程中相位差的方法来计算声速。

当声波传播到接收器时，由于相位差的存在，接收到的信号与发射器激励电信号不同相。

通过调整接收器位置，使接收到的信号与激励电信号同相，此时接收器移动的距离即为声波的波长。

根据波长和频率，可以计算出声速。

三、实验仪器与设备1. 实验仪器：驻波法实验装置、相位法实验装置、示波器、低频信号发生器、秒表、温度计等。

2. 实验设备：实验桌、实验台、支架、连接线等。

四、实验步骤1. 驻波法测量声速：（1）搭建实验装置，连接好仪器设备。

（2）调整实验装置，使发射器和接收器之间的距离适中。

（3）打开低频信号发生器，调整输出频率。

（4）观察示波器显示的波形，测量波腹间距，计算波长。

（5）根据公式计算声速。

2. 相位法测量声速：（1）搭建实验装置，连接好仪器设备。

（2）打开低频信号发生器，调整输出频率。

（3）调整接收器位置，使接收到的信号与激励电信号同相。

（4）记录接收器移动的距离，计算波长。

（5）根据公式计算声速。

五、实验数据及处理1. 驻波法实验数据：频率 f = 1000 Hz波腹间距 X = 0.5 m声速 v = 346.5 m/s2. 相位法实验数据：频率 f = 1000 Hz波长λ = 0.3 m声速 v = 333.3 m/s六、实验结果与分析1. 通过驻波法和相位法测得的声速较为接近，说明实验结果可靠。

声速测量实验问题分析与讨论

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声速测量实验问题分析与讨论
01
声速测量实验的基本原理与方法
声速的定义与测量意义
声速的定义
• 声速是指在某种介质中，声波传播的速度
• 表达式：v = s/t，其中v为声速，s为声波传播的距离，t为传播时间
测量声速的意义
数据呈现
• 采用表格和图形的方式，对实验结果进行呈现
• 使用颜色和图标等元素，对实验数据进行可视化
数据分析
• 分析实验数据的趋势和规律，总结实验结果
• 通过对比和分类等方法，对实验结果进行深入讨论
声速测量实验中的误差分析
误差来源
• 实验仪器的误差：如传感器精度、计时器精度等
• 实验操作的误差：如测量过程中的人为因素、环境因素等
实验仪器的改进
实验仪器的提高
• 提高实验仪器的精度和稳定性，降低实验误差
• 定期对实验仪器进行校准和维护，保证实验仪器的正常
• 采用新技术和新材料，对实验仪器进行改进和升级
运行
• 加强实验仪器的管理和使用，提高实验仪器的使用效率
和寿命
实验操作技巧与经验积累
实验操作技巧
• 熟练掌握实验操作方法和技巧，避免实验过程中出现错误
相位法
• 实验原理：通过测量声波在两个传感器之间的相位差，计算出声速
• 实验设备：声波发生器、两个传感器、相位计
干涉法
• 实验原理：通过测量声波在两个传感器之间的干涉信号，计算出声速
• 实验设备：声波发生器、两个传感器、示波器、信号处理电路

⌛️
02
声速测量实验中的常见问题
实验仪器的选择与使用

声速测量实验报告数据处理

声速测量实验报告数据处理实验报告：声速测量实验报告数据处理实验目的：1. 通过测量空气中声音在不同温度下的传播速度，了解声速与温度的关系；2. 通过数据处理和分析，掌握实验中常见数据处理方法。

实验原理：声速测量实验采用单向传播法，即利用一定距离内声波的扩散来测定声速。

在实验中，我们利用定长管（示意图见下）在室内测定声速，首先将氧化铜浸润于玻璃管内，紧紧贴在毛细管上，并使毛细管沉入水中，使毛细管口比水面稍低。

用一头固定与玻璃管上方的喇叭发送声波信号，另一头用麦克风接收到达的声波信号，记录喇叭和麦克风之间距离，并通过计算时间差来测定声速。

实验步骤：1. 按如上原理将实验装置搭建好，注意调整喇叭和麦克风之间的距离和位置，使其尽量接近玻璃管中心。

2. 先使用室温下测量声速，记录测量数据。

3. 然后，改变室温，测量不同温度下声速的变化。

分别记录测量数据，并且注意保持实验装置不变。

4. 完成测量后，计算和分析数据，绘制声速随温度变化的曲线。

数据计算和处理：1. 初始化在第一步中，使用测量设备记录了音波的通过时间，并将数据存储在不同的数组中。

对于空气，由于焓是一致的，所以方程式可以这样写：v = 343m/s （室温下的声速）2. 数据的转换对于数据进行简单的转换，注意峰值和峰谷之间的距离。

3. 计算根据测量数据和数据计算公式得到声速随温度变化的曲线。

我们运用了Mat lab来绘制数据图。

实验结果与分析在三种不同温度下，我们记录了空气中声音通过定长管的时间差：$\Delta t_1$ = 1.57ms $\Delta t_2$ = 1.7ms $\Delta t_3$ = 1.8ms根据上表数据可得，声波在低温下传播较快，高温时传播较慢。

此与流体密度和温度相关。

和理论值v=331.4+0.6t(m/s)相对，我们的实验结果的误差很小。

结论：本实验采用定长管单向传播法测定气体中声速的方法，通过测量来得到声速与温度的关系。

声速的测量

实验报告：声速的测量张贺 PB07210001一、实验题目：声速的测量二、实验目的：了解超声波的产生、发射和接收方法，用干涉法和相位法测量声速。

三、实验仪器:低频信号发生器、示波器、超声声速测定仪、频率计等四、实验原理：声速是声波在截至中传播的速度，声波在空气中的传播速度MRTv γ=(1)在C ︒0时的声速s m MRT v /45.33100==γ (2)在C t ︒时的声速15.27310tv v t += (3)由波动理论知λf v = (4)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，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λπx ft A y 2cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+λπx ft Acod 2叠加后合成波为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=λπλπx ft Acod x ft A y y y 22cos 21ft x A πλπ2cos 2cos 2⎪⎭⎫ ⎝⎛= (5)12cos =λπx的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置()K 2,1,02=±=n nx λ；02cos =λπx的各点振幅最小，称为波节，对应的位置()()K 2,1,0412=+±=n n x λ。

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n n x x -=+12λ。

2.相位比较法测波长从换能器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：其中λ是波长，l 为S 1和S 2之间距离。

因为l 改变一个波长时，相位差就改变π2。

利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

五、实验内容：1.调整仪器使系统处于最佳工作状态 (1)使1S 与2S 端面平行(2)调整低频信号发生器输出谐振频率 2.驻波法（共振干涉法）测波长和声速测量前移动游标，将2S 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。

测量声速的实验报告声速测定实验数据处理

测量声速的实验报告声速测定实验数据处理测量声速（实验报告）实验目的：1）探究影响声速的因素，超声波产生和接收的原理。

2）学习、掌握空气中声速的测量方法3）了解、实践液体、固体中的声速测量方法。

4）三种声速测量方法作初步的比较研究。

实验仪器:1）超声波发射器2）超声波探测器3）平移与位置显示部件。

4）信号发生器：5）示波器实验原理：1)空气中：a.在理想气体中声波的传播速度为v（式中 cpcV（1）称为质量热容比，也称“比热[容]比”，它是气体的质量定压热容cp与质量定容热容cV的比值；M 是气体的摩尔质量，T是绝对温度，R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1为摩尔气体常量。

）标准干燥空气的平均摩尔质量为Mst =28.966 10-3kg/mol b.在标准状态下(T0 273.15K,p 101.3 kPa)，干燥空气中的声速为v0=331.5m/s。

在室温t℃下，干燥空气中的声速为v v0（2）（T0＝273.15K）c.然而实际空气总会有一些水蒸气。

当空气中的相对湿度为r时，若气温为t℃时饱和蒸气压为pS，则水汽分压为rps。

经过对空气平均摩尔质量M 和质量热容比的修正，在温度为t、相对湿度为r的空气中，声速为（在北京大气压可近似取p 101kPa；相对湿度r可从干湿温度计上读出。

温度t℃时的饱和水汽压ps可用lgps 10.2861780237.3trp v 331s 16m s （3）计算）d.式(3)的计算结果与实际的超声声速真值可能有一定偏差。

引起偏差的原因有：~状态参量的测量误差~理想气体理论公式的近似性~实际超声声速还与频率有关的声“色散”现象等。

实验方法：A. 脉冲法：利用声波传播时间与传播距离计算声速实验中用脉冲法测量，具体测量从脉冲声源(声发射器)到声探测器之间的传播时间tSD和距离lSD，进而算出声速v (实验中声源与探测器之间基本是同一被测煤质)lSDv tSDB. 利用声速与频率、波长的关系测量（要求声发射器的直径显著大于波长、声探测器的的直径小于波长(反射很少)）测波长的方法有B-1 行波近似下的相位比较法B-2 驻波假设下的振幅极值法B-3 发射器与探测器间距一定时的变频测量法实验步骤：1）用行波近似下的相位比较法测量空气中的声速a. 正确接线将信号发生器的输出连接到声速仪的超声发射器信号的输入端的T型三通接头上，三通的另一个借口用导线连到示波器的一个输入端。

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，L=λ/2，V=f λ=2f L 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fo=37.000KHZ,T 0=300k ）等间隔对应项相减测量次数 i 位置 Li/mm 逐次相减 Li=L i+1 -L i/cmL5=L i+5 -L i/cm1 67.02 4.6823.94 2 71.7 4.983 76.68 5.1223.82 4 81.8 4.55 86.3 4.624.32 6 90.9 4.97 95.8 5.224.1 8 101 4.629 105.62 4.6223.88 10 110.24由逐次相减的数据可判断出li 基本相等，验证了L 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L 平均 =??× ??????， L 平均 =4.802 mm, ??λ平均=2× ×3×4.802×1-3= 355.348 m/s ，并且此速度是在温度T0 =300 K测V=f =2fL 37 10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?? = π时的斜直线，比较容易判断，减小实验误差，测得的数据进行逐差法处理。

相位比较法测量空气中的声速等间隔对应项相减测量次数 i 位置 Li/mm 逐次相减 li=li+1 -li/cml5=li+5 -l i/cm1 65.59.5446.7 2 75.049.663 84.79.3647.08 4 94.069.745 103.88.947.02 6 112.79.37 122 9.7246.96 8 131.72 9.429 141.14 9.3647.2 10 150.5由逐次相减的数据也可判断出li 基本相等，验证了L 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。

声速的测量实验报告声速的测量思考题

声速的测量实验报告声速的测量思考题声速的测量实验报告一、实验名称：声速的测量二、实验目的 1.了解声速的测量原理；2.掌握示波器和信号发生器的使用方法。

3.掌握逐差法处理数据三、实验仪器示波器，信号发生器、声速测量仪四、实验原理在弹性介质中，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。

由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：，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。

图1：超声波测声速实验装置图图2：压电陶瓷换能器结构示意图压电陶瓷换能器（变压器）是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。

其输入部分用正弦电压信号驱动,通过逆压电效应使其产生振动,振动波通过输入和输出部分的机械耦合到输出部分,输出部分再通过正压电效应产生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。

与电磁变压器相比,这具有体积小,质量轻,功率密度高,效率高,耐击穿,耐高温,不怕燃烧,无电磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、易批量生产,在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。

此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。

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，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：,求解可得各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：各点振幅最小，称为波节，对应的位置：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发出的超声波到达接收器，所以在同一时刻与处的波有一相位差：其中l是波长，_为和之间距离)。

因为_改变一个波长时，相位差就改变。

声速测量实验报告数据处理

声速测量实验报告数据处理声速测量实验报告数据处理引言：声速是声波在介质中传播的速度，是声学研究中的重要参数之一。

本文将对声速测量实验中所得到的数据进行处理和分析，以得出准确的声速数值，并探讨实验中可能存在的误差来源和解决方法。

一、实验原理声速测量实验通常采用了经典的迈克尔逊干涉仪原理。

在实验中，将激光束分为两束，一束经过空气，另一束经过声速介质，然后再次汇聚，通过干涉现象来测量声速。

根据光程差和时间差的关系，可以计算出声速。

二、实验步骤1. 搭建迈克尔逊干涉仪实验装置，保证光路稳定和干涉现象清晰可见。

2. 在测量前，对实验装置进行校准，确保激光束的分束比例和光程差的准确性。

3. 将待测声速介质放置于其中一个光程中，注意保持介质的温度和压力稳定。

4. 调节迈克尔逊干涉仪的反射镜位置，使得干涉条纹清晰可见。

5. 记录下光程差和时间差的数值，进行多次测量以提高准确性。

三、数据处理1. 光程差与时间差的关系根据迈克尔逊干涉仪原理，光程差与时间差之间存在线性关系。

通过绘制光程差与时间差的图像，可以得到一条直线，斜率即为声速的倒数。

2. 数据拟合对实验测得的光程差和时间差数据进行拟合，可以得到最佳拟合直线。

利用拟合直线的斜率，即可计算出声速的数值。

3. 数据分析对实验测得的声速数值进行统计分析，计算平均值和标准差，以评估实验结果的准确性和可靠性。

4. 误差来源与解决方法（1）温度和压力的变化会导致声速介质的性质发生变化，进而影响测量结果。

解决方法是在实验过程中保持介质的温度和压力稳定。

（2）光程差的测量误差会直接影响声速的计算结果。

解决方法是使用高精度的测量仪器，并进行多次测量取平均值，以提高准确性。

（3）干涉条纹的清晰度会影响光程差的测量精度。

解决方法是调整反射镜的位置，使得干涉条纹清晰可见。

四、实验结果与讨论通过对实验数据的处理和分析，得到了声速的准确数值。

在实验中，我们得到了多组数据，并计算了平均值和标准差。

1 声速测量综合实验

/
L11-L1= L12-L2= L13-L3= L14-L4= L15-L5= L16-L6= L17-L7= L18-L8= L19-L9= L20-L10=
表 1 共振法测声速数据处理
f=
2 相位法测量声速 f=
表2 相位法测声速数据处理标尺读数/mm 1 2 3 4 5 6 7 8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
0

4

2

3 4

图1 用李萨如图形观测相位的变化
3、声波的干涉、衍射和反射。利用双缝干涉实验。对于不同的角，如果从双缝到接收器的波程差是零或波长的整数倍，就会产生相长干涉，因而观察到干涉强度的极大值；当波程差是半波长的奇数倍时，干涉强度有极小值。因此，干涉强度出现极大值与极小值的条件如下：极大值：d sinα=nλ (4) 极小值： d sinα=(n+1/2)λ (5) 式中，n为零或整数，d为二个缝中心位置的距离，为声音的波长。 4、理论公式: v v T v t 273 .15
共振干涉法设有一从发射源发出的一定频率的平面声波经过空气传播到达接收器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位移的波节
实验简介
实验目的实验原理实验内容
仪器及调整
实验数据预习题思考题
【实验简介】

声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，由于其振动方向与传播方向一致，故声波是纵波。振动频率在20Hz～20KHz的声波可以被人们听到，称为可闻声波；频率超过20KHz的声波称为超声波。声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。由于超声波具有波长短，易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进行声速测量。

声速测量实验问题分析报告总结

声速测量实验的基本原理
基本原理
• 通过测量声波在介质中的传播时间和距离，计算声速 • 公式：v = d / t，其中v为声速，d为距离，t为传播时间
实验方法
• 直接测量法：通过测量声波在介质中的传播时间和距离，计算声速 • 间接测量法：通过测量声波的频率和波长，计算声速
声速测量实验的常用方法
直接测量法
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声速测量实验问题分析报告总结
01
声速测量实验的基本原理与方法
声速的定义与测量意义
声速的定义
• 声速是指在介质中传播声波的速度 • 单位：米/秒（m/s）
测量声速的意义
• 了解不同介质中声速的特点 • 验证声学理论 • 实际应用：如声学测量、声波探测等
经验总结
• 充分了解实验原理和方法 • 注重实验过程中的观察和记录
失败案例的分析与反思
失败原因
• 设备选择不合适，调试不准确 • 实验操作不规范，误差较大 • 数据处理不当，结果不准确
反思与改进
• 改进实验方法和设备选择 • 提高实验者的操作技能 • 加强对实验数据的处理和分析
实验案例的启示与借鉴
数据处理
• 对实验数据进行分析和处理，得到声速值 • 如：计算传播时间、波长等
注意事项
• 确保数据准确无误 • 采用合适的数据处理方法，如平均值、标准差等
03
声速测量实验问题的解决方案
实验设备的选择与调试技巧
设备选择技巧
• 根据Байду номын сангаас验需求选择性能稳定的设备 • 选择具有高精度和宽量程的设备
设备调试技巧
实验数据处理的优化方法
数据处理优化方法

声速的测量实验报告及数据处理

声速的测量实验报告及数据处理一声速的测量实验，是个有趣又充满挑战的事情。

声波在空气中传播的速度，听起来简单，但其实涉及到很多物理原理。

我们的实验，就是要准确测量这个速度。

我们准备了简单的器材，像是一个音响、一个麦克风，还有一个计时器。

实验开始的时候，大家都兴奋得不得了，期待着结果。

1.1 实验原理首先，咱们得了解声速的基本原理。

声波是通过空气、液体和固体传播的。

当我们打出一个声响时，声音会在周围的空气中传播。

声速受多种因素影响，比如温度、湿度和气压。

我们主要是在室温下进行实验，简化了很多复杂的变量。

通常在20摄氏度的情况下，声音在空气中的速度大约是343米每秒。

1.2 实验步骤实验步骤其实挺简单的。

我们把音响放在一端，麦克风放在另一端，保持一定的距离。

然后，队友按下音响的开关，立即开始计时。

声音到达麦克风的瞬间，队友按下计时器。

这一切听起来很简单，实则需要默契配合。

每个人都得保持专注，生怕错过了那一瞬间。

二这时候，数据的处理就显得尤为重要了。

我们每次实验都重复了好几次，记录下来的数据也是五花八门。

可别小看这些数据，它们可是我们实验结果的基础。

2.1 数据记录我们进行了一系列的实验，记录下不同距离下的时间。

比如，距离10米、20米、30米，每个距离都测量了好几次。

每次测量，时间的波动都在几毫秒之间，但这也正是我们需要考虑的误差。

最后，我们将这些数据整合，计算出平均值。

2.2 计算声速接下来，计算声速就简单多了。

根据公式，声速等于距离除以时间。

我们把每组数据代入公式，得到了几个不同的声速值。

虽然每次的结果都有细微差别，但大致上都在同一个范围内，说明我们的实验还是挺靠谱的。

2.3 误差分析当然，误差是实验中不可避免的。

可能是因为计时器的反应时间，也可能是环境噪音的干扰。

我们还考虑到温度的影响。

比如，天气热的时候，声音传播得更快，这也是需要注意的。

通过这些分析，我们能更清楚地理解实验结果的合理性。

三实验结束后，大家都觉得收获满满。

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。

声速的测量思考题及解答

1.为什么需要在驻波系统共振状态下进行声速的测量因为当驻波偏离共振状态时，驻波的形状不稳定且声压腹的振幅比共振时达到的最大值小得多，当驻波系统处于共振，这时驻波腹出现稳定的最大振幅。

2.用“驻波共振法”测波长时，如何调出示波器上正弦波形？⑴示波器“Y轴衰减”旋钮应置于较小数值档。

⑵移动接收器S2时，荧光屏上宽带的宽度应变化。

如不变，可交换输入到示波器的两接线柱位置，或交换输入到发射器S1的两接线柱位置。

⑶调节扫描频率即可调出正弦波。

3.用“相位比较法”测波长时，如何调出椭圆或直线？⑴接收器S2接收到的信号应从示波器“X输入”端输入，发射器S1信号应输入到示波器“Y轴输入”端，且“Y轴衰减”旋钮应置于较大数值档。

⑵如果还不能出现椭圆或直线，可交换S1或S2两接线柱位置。

4.用“驻波共振法”和“相位比较法”测波长时，如严格按上述方法操作，还是调不出应有波形，怎么办？此时可能是连接导线断路或接头接触不好，应用万用电表欧姆档对每根导线进行检查，确保每根导线无断裂，各个接头接触良好。

5.为什么在实验过程中改变S1、S2间距离时，压电换能器S1和S2两表面应保持互相平行且正对？不平行会产生什么问题？因为只有当S1、S2表面保持互相平行且正对时，S1S2间才可能形成驻波，才会出现波腹和波节，S2表面才会出现声压极大值，屏幕上才会出现正弦波振幅发生变化，由此可测超声声波波长。

如果S1、S2表面不平行，则S1、S2间形不成驻波，屏幕上正弦波振幅不会发生变化，就不能用驻波共振法测波长，故实验中必须使S1、S2表面平行。

6.如何调节与判断测量系统是否处于共振状态？使用驻波共振法，当示波器上出现振幅最大正弦波时，表示S1、S2间处于驻波共振状态。

调节方法是移动S2，观察示波器上正弦波振幅变化。

7.使用“驻波共振法”测声速时，为什么示波器上观察到的是正弦波而不是驻波？因为驻波是在发射器S1与接收器S2间形成，接收器S2接收到的是一个声压信号，在驻波波节位置，声压信号最强，输入到示波器Y偏转板，经X偏转板扫描，故示波器上观察到的是正弦波。

超声波声速测量数据处理范例

超声波声速的测量实验数据处理实验室初温：t 1= 33.6 o c ；实验室末温：t 2= 33.8 o c1．用逐差法处理波长λ 依公式计算)(316n n iL L -=+λ==∑n iλλ ==∑n f f i波长的不确定度：A 类分量： =--=∆∑)1()(2n n i A λλ0.085 0.184 0.024 0.033 0.0860.124 30 0.0072 0.03386 0.00058 0.00109 0.00740 0.01537 0.0665|30B 类分量：取其仪器误差限，考虑为均匀分布，则=∆=∆3仪B合成不确定度：=∆+∆=∆22B A波长λ的测量结果：2．频率f 的数据处理：A 类分量： =--=∆∑)1()(2n n f fi A B 类分量：取信号源误差限，考虑为均匀分布，则 =∆=∆3仪B合成不确定度： =∆+∆22B A频率f 的测量结果： 3．波速v 的数据处理=⋅=f V λ=∆+∆⋅=∆22)()(f V fV λλ不确定度传递为波速测量结果：4．理论值及相对误差的计算由实验室初温和末温：t 1 = 33.6 o c ，t 2 = 33.8 o c 得到温度的平均值为：t 0 = (t 1+t 2)/2 = (33.6+33.8)/2 = 33.7 o c声速的理论值：s m T t T V T T V V /4.35115.2737.3315.2735.311000000=+⨯=+⋅=⋅= 将声速的两次测量值与理论值进行比较，由100⨯-=理理实V V V E r % 5．实验结论：文 - 汉语汉字编辑词条文，wen ，从玄从爻。

天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。

故文即为符。

上古之时，符文一体。

古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。

--《尚书序》依类象形，故谓之文。

声速测量数据处理与思考题

声速测量（1）用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？相同之处：都用连续波测量，均依靠示波器测量共振法：平行传播的声波与反射波产生干涉，形成驻波。

改变半个波长的传播路程，驻波的波幅变化一个周期，从而可测得波长，乘以频率，得到声速。

相位法：比较接收波相对与发射波的相位差，改变一个波长的传播路径，相位变化360度，从而通过测看相位图，就可测得波长，乘以频率，得到声速。

（2）声速测量试验中，定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减少的原因。

这是由于声波在实际介质中传播时，由于扩散、吸收和散射等原因，会随着离开声源的距离增加而自身逐渐减弱。

这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因素有关。

而振幅的大小恰好表示波动能量的大小，所以随着声波的不断向前传播，振幅会逐渐变小。

1. 传播衰减：点声源、面声源、线声源三种类型不同的声源，辐射出的声波波阵面形状不同，随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同。

2．吸收衰减：分为有空气吸收、绿色植被的吸收、气流和大气温度梯度的吸收。

由于种种影响才会造成声波的衰减，在相同环境条件下，人耳可听到的声波范围为20HZ~20000HZ，根据频率越高，在传播过程中更易受空气等等各种的影响的道理，故衰减得比较快。

声速测量实验数据处理：要求：（1）用逐差法处理数据，计算超声波的波长；（2）利用不确定度的间接传递，计算超声波传播速度的不确定度，并表示出测量结果；（3）计算测量时声速的理论值，并与测量值比较，得出百分误差。

1.共振干涉法测声速实验数据记录共振频率T=20 ℃37.056 KHzf711822933104411551266 4.692 mm 6637.749.36 4.730 mm 6642.3214.12 4.700 mm 6646.7818.73 4.675 mm 6651.5623.43 4.688 mm 6656.3728.02 4.725 mm 66L L L L L L L L L L L L L L L L ∆===--∆===--∆===--∆===--∆===--∆===611 4.702 mm 629.404 mm=37.0569.404348.475 mm()0.00884 mm ()0.00577 mm ()0.0106 mm()2()0.0212 mm()()37.0560.02i i A B C C C C C L L L v f U L U L U L U U L U v fU λλλλ=∆=∆==∆==⨯=∆==∆∆===∆===∆===⨯∑120.786 m/s= 测量结果 ()()348.480.79 m /s ()0.79100%100%0.23%348.48C C v v v U v U v E v =±=±⎧⎪⎨=⨯=⨯=⎪⎩ 声速的理论值20331.343.41 m /s 5v v ===理测量值与理论值的百分误差 '348.48343.41100%100% 1.5%343.41v v E v --=⨯=⨯=理理 2. 位相比较法测声速实验数据记录37.056 KHz f =共振频率 T=20 ℃711822933104411551266 4.693 mm 6632.77 4.65 4.687 mm 6637.579.35 4.703 mm 6642.2414.19 4.675 mm 6646.9418.86 4.680 mm 6651.4923.47 4.670 mm 66L L L L L L L L L L L L L L L L ∆===--∆===--∆===--∆===--∆===--∆===611 4.685 mm 629.370 mm=37.0569.370347.299 mm()0.00497 mm ()0.00577 mm ()0.00762 mm()2()0.0152 mm()()37.0560.0i i A B C C C C C L L L v f U L U L U L U U L U v fU λλλλ=∆=∆==∆==⨯=∆==∆∆===∆===∆===⨯∑1520.563 m/s= 测量结果 ()()347.300.57 m /s ()0.57100%100%0.16%347.30C C v v v U v U v E v =±=±⎧⎪⎨=⨯=⨯=⎪⎩声速的理论值20331.343.41 m /s 5v v ===理测量值与理论值的百分误差 '347.30343.41100%100% 1.1%343.41v v E v --=⨯=⨯=理理填空题1．声速测量实验中，采用驻波共振法测量声速时，要使函数信号发生器的输出频率等于换能器的谐振频率，并且在实验过程中保持不变。

大学物理实验报告-声速测量

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最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•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來实现的。

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斥之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v=Λ∙f(l) 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SI和S?为压电晶体换能器，Sl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而声波：S?为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。

当SI和S?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 × j,n = 0, 1, 2, (3)时，Sl发出的声波与其反射声波的相位在Sl处差2nπ(n=l, 2……),因此形成共振。

因为接收器S?的表而振动位移可以忽略，所以对位移來说是波节，对声压來说是波腹。

本实验测最的是声圧，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)o图中各极大之间的距离均为入/2,由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离増大而逐渐减小。

我们只要测出各极大值对应的接收器S?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。

容栅数显尺Z(Cln)图2接受器表巾1声压随距离的变化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。

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