超声波测量声速
实验24超声波声速的测量
实验24 超声波声速的测量[实验目的]1．学习用共振干涉法和相位比较法测量超声波的波速。
2．加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。
3．了解压电陶瓷换能器的工作原理。
4．培养综合运用仪器的能力。
[实验原理]本实验中，声波频率f 可由信号发生器直接读出，我们只要测出声波波长λ ，就可以由公式ν = f λ 可求出声速ν 。
测量λ 的常用方法有共振干涉法和相位比较法。
一、共振干涉法（驻波法）实验装置如图24-1所示，S 1 和S 2 是两只相同的压电陶瓷超声换能器。
将正弦电压信号接入换能器S 1 ，S 1 将发射出平面超声波。
换能器S 2 接收到超声波信号后，将它转变为正弦电压信号，接入示波器进行观察。
换能器S 2 在接收超声波的同时，还反射一部分超声波。
当S 1 和S 2 端面之间距离x ，恰好等于超声波半波长的整数倍时，即：2λ⋅=n x ),2,1( =n （24-1）在S 1 和S 2 之间的区域内将因干涉而形成驻波。
由于波节两侧质点的振动反相，所以在纵波产生的驻波中，波节处介质的疏密变化最大，声压最大，转变为电信号时，将会有幅值最大的电信号。
本实验中S 1 为波节，固定S 1 ，连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，每当x 满足（24-1）式时，示波器将显示出幅值最大的电压信号，记录这些波节（S 2）的坐标，则两个相邻波节之差即为半波长。
二、相位比较法实验装置如图24-1所示，S 1 发出的超声信号经空气传播到达接收器S 2 ，S 2 接收的信号与S 1 发射的信号之间存在相位差Δφx λπϕ2=∆ （24-2）本实验中，把S 1 发出的信号直接引入示波器的水平输入，并将S 2 接收的信号引入示波器垂直输入。
这样，对于确定的间距x ，示波器上将有两个同频率、振动方向相互垂直、相位差恒定的两个振动进行合成，从而形成李萨如图形。
连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，可使相位差变化。
超声波在声速测量中的应用技巧
超声波在声速测量中的应用技巧超声波是一种频率高于人耳能听到的声音的声波，其在声速测量中有着广泛的应用。
由于其传输速度快、穿透能力强等特点，超声波在工业、医学等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍超声波在声速测量中的应用技巧，并分析其优势和限制。
一、超声波测量原理声速是声波在介质中传播的速度，测量声速可以用来判断介质的性质和确定其中可能存在的缺陷。
超声波的测量原理基于声波在介质中传播的时间和传播路径之间的关系。
当超声波穿过介质时，会遇到不同的界面，其中包括液体-固体、固体-气体等。
根据声波传播的路径和时间，可以通过计算来确定声速的值。
二、超声波测量仪器与技术超声波测量声速通常需要使用专门的仪器和技术。
以下是几种常见的超声波测量仪器和技术：1. 超声波测流仪超声波测流仪是一种利用超声波测量流速的仪器。
它通过将超声波发送至流体中，观察超声波在流体中传播的时间和路径变化，从而计算出流速。
测流仪通常由传感器、控制器和显示器组成，可以用于工业生产和水利工程等领域。
2. 超声波测厚仪超声波测厚仪是一种用于测量物体厚度的仪器。
通过发送超声波脉冲至物体表面，测量超声波从发送到返回所需的时间，从而计算出物体的厚度。
超声波测厚仪广泛应用于金属加工、船舶建造和材料检测等领域。
3. 超声波检测技术超声波检测技术是一种利用超声波测量材料内部缺陷或异物的方法。
它通过发送超声波至待检测物体内部，通过接收和分析超声波的返回信号，可以检测到材料中的缺陷、裂纹和杂质等。
超声波检测技术广泛用于工程结构、医学影像和制造业等领域。
三、超声波测量的优势与限制超声波声速测量具有以下几个优势：1. 非接触测量：超声波测量无需与测量介质进行接触，可以在不破坏样品的情况下进行测量，具有较好的安全性和可靠性。
2. 高精度测量：超声波测量具有良好的测量精度，对于一些需要高精度测量的应用场景，超声波可以满足需求。
3. 广泛适用性：超声波测量可以应用于多种介质，包括液体、固体和气体等，适用性广泛。
测量超声波的声速实验步骤
测量超声波的声速实验步骤超声波是一种频率高于人类听力范围的声波。
测量超声波的声速是一个重要的实验，有助于了解超声波在介质中的传播速度，对于医学、工程和科研领域都有重要的应用。
下面将介绍测量超声波的声速的实验步骤。
实验材料和仪器:1. 超声波发生器2. 超声波探头3. 示波器4. 信号发生器5. 高频计数器6. 直尺7. 液体容器8. 水实验步骤:步骤一：准备工作1. 将液体容器放在水平台上，加入适量的水。
2. 将超声波探头插入液体容器中，确保探头与水平台保持垂直。
3. 将示波器、信号发生器和高频计数器连接好。
步骤二：调试仪器1. 打开超声波发生器和示波器，调节信号发生器的频率，使其与超声波发生器的频率匹配。
2. 调节示波器的垂直和水平放大倍数，使波形清晰可见。
3. 调节高频计数器的参数，以便精确测量超声波的频率。
步骤三：测量声速1. 在示波器上观察超声波的波形，并记录波长。
2. 用直尺测量液体容器中超声波的传播距离。
3. 利用测得的波长和传播距离，计算超声波的声速。
步骤四：重复实验1. 重复步骤三的测量过程，至少进行三次测量，以提高数据的准确性和可靠性。
2. 计算多次测量结果的平均值，作为最终的测量结果。
注意事项：1. 在进行实验前，确保仪器的连接正确并且工作正常。
2. 在调试仪器时，注意调节参数的精确性，以保证测量结果的准确性。
3. 在测量声速时，要保持液体容器的水平和超声波探头的垂直，以避免测量误差。
4. 建议使用多次测量的平均值作为最终结果，以提高数据的可靠性。
通过以上步骤，我们可以进行测量超声波的声速实验。
这个实验可以帮助我们了解超声波在介质中的传播速度，对于医学、工程和科研领域的应用有着重要的意义。
实验过程中需要注意仪器的准确调试和数据的准确记录，以确保实验结果的可靠性。
同时，也可以通过多次测量取平均值的方式来提高数据的准确性。
超声声速的测量
超声声速的测量超声声速的测量方法超声声速是指声波在介质中传播的速度。
它是物理学中的一个重要概念，可以用于诸多领域的研究和应用，例如材料科学、地质学、医学等。
本文将介绍超声声速的测量方法。
超声声速的测量可以通过多种方法实现。
其中最常用的方法是利用超声波在介质中传播的速度和距离之间的关系来确定声速。
以下将介绍几种常见的测量方法。
1. 超声贴片法超声贴片法是一种简单而有效的测量超声声速的方法。
它的原理是利用超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，在被测介质的表面上粘贴一个超声贴片。
然后，通过超声波发射器发射出一个短脉冲的声波。
当声波到达贴片后，会被贴片吸收并产生一个信号。
利用超声信号的传播时间和贴片距离之间的关系，可以计算出超声波在介质中传播的速度。
2. 超声探头法超声探头法是一种常用的测量超声声速的方法之一。
它的原理是通过超声探头接收并测量超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声探头置于被测介质中。
然后，通过超声波发射器向介质中发射一个短脉冲的声波。
超声波在介质中传播一段时间后，会被超声探头接收到。
利用超声信号的传播时间和已知的探头距离，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
3. 超声衍射法超声衍射法是一种基于声波衍射现象的测量超声声速的方法。
它的原理是通过测量超声波在介质中的衍射角度来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声波垂直地照射到被测介质上的一个缝隙或孔洞处。
在介质内，超声波遇到缝隙或孔洞会发生衍射现象。
测量衍射角度，再利用声学原理中的衍射公式，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
需要注意的是，在进行超声声速的测量时，应该选择合适的设备和方法，严格按照操作规程进行操作。
另外，还要考虑到介质的性质和特点，以保证测量结果的准确性。
总结起来，超声声速的测量方法主要包括超声贴片法、超声探头法和超声衍射法。
这些方法既简单又有效，能够在不同领域中广泛应用。
通过准确测量超声声速，我们可以深入了解介质的特性，并且为相关领域的研究和应用提供科学依据。
超声波的声速测量实验报告
超声波的声速测量实验报告超声波的声速测量实验报告引言：超声波是一种频率高于人耳可听到的声波。
它在许多领域中有着广泛的应用，如医学、工业、测量等。
本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究声速与介质性质之间的关系。
实验目的：1. 了解超声波的基本特性和传播规律；2. 掌握超声波声速的测量方法；3. 研究不同介质对超声波传播速度的影响。
实验装置与材料：1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 信号发生器4. 水槽5. 不同介质样品（如水、玻璃、金属等）6. 计时器7. 数据记录表实验步骤：1. 将超声波发生器和接收器固定在水槽的两侧，使其距离相等，并与信号发生器相连。
2. 将水槽中注满水，并调整信号发生器的频率，使得超声波在水中传播。
3. 启动计时器，记录超声波从发生器到接收器的传播时间。
4. 重复步骤2和3，分别使用不同介质样品（如玻璃、金属）替代水，记录传播时间。
实验结果与分析：通过多次实验测量，我们得到了不同介质中超声波传播的时间数据。
根据声波传播的基本原理，我们可以计算出声速。
根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 不同介质对超声波传播速度有显著影响。
在水中，超声波传播速度较快；而在玻璃和金属等固体介质中，传播速度明显更快。
2. 这是因为声速与介质的密度和弹性模量有关。
在固体介质中，原子或分子之间的相互作用力较大，导致声速较高；而在液体介质中，分子之间的相互作用力较弱，导致声速较低。
3. 此外，超声波在不同介质中的传播路径也会受到影响。
在液体中，超声波的传播路径相对较直，而在固体中，由于晶格结构的存在，超声波会发生折射和反射，导致传播路径变化，进而影响传播速度。
实验误差与改进：在实验过程中，可能存在一些误差，如仪器误差、操作误差等。
为减小误差，我们可以采取以下措施：1. 保持实验环境稳定，避免温度和湿度等因素对实验结果的影响。
2. 使用精确的计时器，并进行多次测量取平均值，以提高数据的准确性。
超声波声速的测量实验报告
超声波声速的测量实验报告一、实验目的1、了解超声波的产生、发射和接收的原理。
2、学会用驻波法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。
3、掌握数字示波器和信号发生器的使用方法。
二、实验原理1、驻波法当超声波在介质中传播时，若在其传播方向上遇到障碍物，就会产生反射。
当反射波与入射波频率相同、振幅相等、传播方向相反时，两者会相互干涉形成驻波。
在驻波场中，波腹处声压最大，波节处声压最小。
相邻两波腹（或波节）之间的距离为半波长。
通过测量相邻两波腹（或波节）之间的距离，就可以计算出超声波的波长，再根据超声波的频率，即可求出超声波的传播速度。
2、相位比较法从发射换能器发出的超声波通过介质传播到接收换能器，在同一时刻发射波与接收波之间存在着相位差。
当改变两个换能器之间的距离时，相位差也会随之改变。
当两个换能器之间的距离改变一个波长时，相位差会变化2π。
通过观察示波器上两列波的相位差变化，就可以测量出超声波的波长，进而求出超声波的传播速度。
三、实验仪器1、超声波实验仪2、数字示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法（1）将超声实验仪和数字示波器连接好，打开电源。
（2）调节信号发生器的输出频率，使发射换能器处于谐振状态，此时示波器上显示的正弦波振幅最大。
（3）移动接收换能器，观察示波器上正弦波振幅的变化，找到振幅最大的位置，即波腹位置；再找到振幅最小的位置，即波节位置。
（4）测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，重复测量多次，取平均值，计算出超声波的波长。
（5）从信号发生器上读出超声波的频率，根据公式 v ＝fλ 计算出超声波在空气中的传播速度。
2、相位比较法（1）按照驻波法的步骤连接好实验仪器，并使发射换能器处于谐振状态。
（2）将示波器的工作模式设置为“XY”模式。
（3）移动接收换能器，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，接收换能器移动的距离即为一个波长。
（4）重复测量多次，取平均值，计算出超声波的波长。
超声波在声速测量中的应用技巧
超声波在声速测量中的应用技巧超声波是一种频率高于人耳能够听到的声音的机械波，具有广泛的应用领域，特别是在声速测量中。
本文将探讨超声波在声速测量中的应用技巧，并介绍其原理和实际使用情况。
一、超声波声速测量原理声速是声音在单位时间内在介质中传播的距离，通常用米/秒表示。
超声波声速测量是利用超声波在介质中传播的时间和距离关系来计算声速。
超声波传播速度的快慢受材料密度、弹性模量和介质温度等因素的影响。
通常情况下，声速的测量通过使用超声波发射器将超声波引入被测介质中，并通过接收器接收回波。
根据超声波通过时距离的变化，可以计算得到声速的数值。
二、超声波声速测量的应用技巧1.选择合适的超声波传感器超声波传感器是实现声速测量的关键设备。
根据具体应用的需求，选择适合的超声波传感器非常重要。
通常，超声波传感器的频率范围和灵敏度会影响测量结果的准确性和精度。
因此，在选择超声波传感器时需要考虑被测介质的特性和测量范围。
2.保持传感器与被测介质的牢固接触传感器与被测介质之间的接触情况直接影响到测量结果的准确性。
确保传感器与被测介质之间的良好接触可以减少能量损失，并避免测量误差。
3.校正测量误差超声波测量中存在一些误差，例如气泡、异物或介质的散射等因素会对测量结果产生影响。
为了提高测量精度，可以通过对测量系统进行校正来减少误差。
常见的校正方法包括零点校正、灵敏度校正和介质校正等。
4.适用于不同介质超声波声速测量在不同类型的介质中都有应用。
例如，在气体中测量声速可以用于天气预报、飞行器和汽车引擎性能测试等。
而在液体中测量声速则适用于水声通信、水声探测和海洋勘探等领域。
5.控制环境条件环境条件对超声波声速测量也具有一定影响，例如温度、湿度和大气压力等。
因此，在测量过程中需要控制环境条件以确保测量结果的准确性。
特别是在高温、高湿度或高压环境下，需要采取相应的措施来避免测量误差。
三、超声波声速测量的实际应用案例1.医学领域超声波在医学领域中广泛应用于人体组织检测和诊断。
超声声速测量实验报告
超声声速测量实验报告实验目的：通过测量超声波在介质中传播的时间，计算出声速。
实验原理：超声波是指频率高于人耳能听到的最高频率20kHz 的声波。
在实验中，可以用超声波测量仪测量超声波在不同介质中传播的时间，通过已知距离除以时间，可以得到声速。
实验装置：超声波发生器、超声波接收器、示波器、计时器、测量尺。
实验步骤：1. 将超声波发生器和超声波接收器连接到示波器上，并将示波器调节到合适的显示范围。
2. 使用测量尺测量超声波在空气中的传播距离，并记录下来。
3. 打开超声波发生器和接收器的电源开关，并调节超声波频率和强度。
4. 用计时器测量超声波从发生器发出到接收器接收到的时间，并记录下来。
5. 将超声波发生器和接收器放入水中，重复步骤2-4，分别测量超声波在水中的传播距离和时间。
6. 用已知的距离除以测得的时间，即可得到声速。
实验数据记录：- 空气中传播距离：30cm- 空气中传播时间：2.5ms- 水中传播距离：30cm- 水中传播时间：1.5ms实验结果计算：- 空气中声速 = 空气中传播距离 / 空气中传播时间- 水中声速 = 水中传播距离 / 水中传播时间实验结果分析：通过计算，得到空气中声速和水中声速的数值，可以发现水中声速比空气中声速要大。
这是因为声速与介质的密度和弹性有关，水的密度比空气大，所以声速也相应增加。
实验误差和改进：1. 计时器的误差：计时器的精度可能会带来一定的误差，可以尝试使用更精确的计时器进行测量。
2. 超声波的发射角度：超声波的传播方向可能会受到发射角度的影响，应尽量保证超声波直线传播。
3. 环境因素的干扰：实验室中可能存在其它声音的干扰，可以选择较为安静的环境进行实验。
实验总结：通过超声声速测量实验，我们可以通过测量超声波在介质中传播的时间，计算出声速。
这个实验可以帮助我们了解声波在不同介质中的传播特性，以及介质对声速的影响。
同时，实验中应注意排除干扰因素，保证实验结果的准确性。
测量超声波的声速实验步骤
测量超声波的声速实验步骤超声波是一种频率高于人耳听觉范围的声波，其在医学、工程等领域有着广泛的应用。
测量超声波的声速是一个基础实验，下面将介绍一种常用的测量方法及实验步骤。
实验器材：1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 示波器4. 计时器5. 信号发生器6. 直尺7. 液体容器8. 温度计实验步骤：1. 准备工作：a. 将超声波发生器和超声波接收器连接好，并连接到示波器上。
b. 将信号发生器连接到示波器上，用于提供测量超声波传播时间的参考信号。
c. 将计时器准备好，用于测量超声波传播时间。
d. 准备一个液体容器，并在容器底部放置一个标尺，用于测量超声波传播距离。
e. 使用温度计测量液体的温度，并记录下来。
2. 调试仪器：a. 打开超声波发生器和接收器，调节示波器的垂直和水平位置，使得波形清晰可见。
b. 调节信号发生器的频率和幅度，使得示波器上的参考信号适合测量。
c. 确保计时器的计时功能正常，并校准好计时误差。
3. 测量超声波传播时间：a. 将液体注入容器中，使其深度超过超声波发生器和接收器的位置，确保超声波能够在液体中传播。
b. 将超声波发生器放置在容器底部，并将超声波接收器放置在容器的另一侧。
c. 打开超声波发生器和接收器，开始测量。
d. 同时按下计时器的计时按钮和示波器上的触发按钮，记录下超声波传播的时间。
4. 测量超声波传播距离：a. 使用直尺测量液体容器的底部到超声波发生器和接收器的距离，并记录下来。
b. 注意在测量时要保持液体的温度不变，因为声速与温度有关。
5. 数据处理：a. 根据测量的超声波传播时间和距离，可以计算出超声波的传播速度。
b. 使用公式：声速 = 传播距离 / 传播时间，计算出超声波的声速。
c. 注意在计算时要将传播距离转换为国际单位制（米），传播时间转换为秒。
6. 实验注意事项：a. 在测量过程中要保持液体的稳定，避免液体的晃动和波动对测量结果的影响。
b. 注意控制液体的温度，因为声速与温度有关，温度的变化会影响测量结果的准确性。
超声波测量声速实验报告
超声波测量声速实验报告一、实验目的本实验旨在通过超声波测量声速，加深对声波传播特性的理解，并掌握相关实验技术和数据处理方法。
二、实验原理超声波是一种频率高于 20000 赫兹的声波，其在介质中传播的速度与介质的性质有关。
在本实验中，我们利用超声波的反射和接收来测量声速。
根据声波的传播速度公式：＄v ＝fλ$，其中＄v$ 为声速，＄f$ 为声波频率，＄λ$ 为波长。
我们通过测量超声波的频率＄f$ 和波长＄λ$，即可计算出声速。
超声波的频率可以通过信号发生器直接读取，而波长的测量则通过测量相邻两个波峰（或波谷）之间的距离来实现。
三、实验仪器1、超声波发射与接收装置2、信号发生器3、示波器4、游标卡尺四、实验步骤1、连接实验仪器将超声波发射与接收装置、信号发生器和示波器正确连接。
2、调节信号发生器设置合适的频率和幅度，使超声波发射装置正常工作。
3、测量超声波频率在信号发生器上直接读取输出的超声波频率。
4、测量波长移动接收装置，在示波器上观察到稳定的波形。
使用游标卡尺测量相邻两个波峰（或波谷）之间的距离，多次测量取平均值，得到波长。
5、记录数据将测量得到的频率和波长数据记录下来。
6、重复实验为了减小误差，重复进行多次实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理实验次数频率（kHz）波长（mm）声速（m/s）1 400 820 32802 400 815 32603 400 818 32724 400 822 32885 400 816 3264平均值 400 818 3272计算平均值：频率平均值＄f_{平均} ＝ 400$ kHz波长平均值＄λ_{平均} ＝ 818$ mm声速平均值＄v_{平均} ＝ f_{平均}×λ_{平均} ＝400×10^3×818×10^｛－3} ＝ 3272$ m/s六、误差分析1、仪器误差信号发生器和示波器的精度有限，可能导致频率和波长测量的误差。
超声波声速的测量实验报告
超声波声速的测量实验报告引言超声波声速的测量是物理实验中的常见实验之一。
本实验通过使用超声波测量仪器，测量不同介质中超声波的传播速度，从而了解不同介质的声学特性。
本实验报告将详细介绍实验所使用的设备、实验步骤、数据处理方法以及结果分析。
实验设备本实验使用的设备和材料如下： - 超声波测量仪器 - 不同介质（如水、油等） - 计时器 - 传声器实验步骤1.准备工作：将超声波测量仪器连接到电源，并将传声器连接到仪器上。
2.预热：打开超声波测量仪器，等待一段时间，使其达到稳定工作状态。
3.校准：使用已知声速的介质（如水），进行仪器的校准。
将传声器放入介质中，启动测量仪器并记录测量结果。
4.实验测量：选择其他不同介质（如油），将传声器放入介质中，启动测量仪器并记录测量结果。
5.重复测量：为确保准确性，重复步骤4多次，并取平均值作为最终测量结果。
数据处理方法通过实验测量得到的数据，可以计算出超声波在不同介质中的传播速度。
处理数据的方法如下： 1. 数据记录：将每次实验测量得到的数据记录下来，包括介质种类和测量结果。
2. 平均值计算：对于每个介质，将多次测量结果求平均值，得到该介质的声速。
3. 不确定度分析：根据实验数据的重复性，计算每个介质声速的不确定度，并进行数据误差分析。
4. 结果比较：将不同介质的声速结果进行比较，分析其差异和原因。
结果分析根据实验测量得到的数据和数据处理方法，可以得到不同介质中超声波的传播速度。
通过比较不同介质的声速结果，可以得出以下结论： 1. 不同介质的声速差异较大，这是因为介质的密度和弹性模量等性质不同所致。
2. 液体介质的声速通常比气体介质的声速高，这是因为液体分子之间的相互作用力较大。
3. 通过对不同介质声速的测量和比较，可以进一步了解介质的声学特性，对实际应用具有一定的指导意义。
总结本实验通过使用超声波测量仪器，测量不同介质中超声波的传播速度，并进行数据处理和结果分析。
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
一、实验目的
1、测量水中超声波的传播速度；
二、实验器材
2、水槽；
3、测量卡尺。
三、实验原理
超声波声速可以通过测量超声波在介质中传播的时间和距离来确定。
假设超声波在水中的传播速度为v，声波从超声波发射器发出后，在经过水中的传播距离L后，到达超声波接收器所需的时间为t，则有：
v = L/t
四、实验步骤与数据处理
1、将超声波发射器和接收器分别固定在水槽的两侧边缘，距离为L = 100.0 cm。
2、开始实验前，先开启超声波声速测量仪，待其进入正常工作状态后再进行后续步骤。
3、将水箱中的水注满，保证水面平整，不产生涟漪。
4、在超声波声速测量仪屏幕上调节并观察渐进式扫描波形直到找到超声波信号。
然后在屏幕上调节幅度使其在2/3波形范围内。
这个范围内的任何波形变化都可能导致声波时间测量误差。
5、在超声波声速测量仪屏幕上记录观察到的第一个波峰（应为正弦波的正向部分）的位置，这标志着声波的发射时刻。
7、重复实验三次，并将每组实验数据记录在下表中。
实验次数时间t（ms）
1 0.270
2 0.267
3 0.269
8、计算各次实验的平均时间t和超声波速度v：
t = (0.270 ms + 0.267 ms + 0.269 ms) / 3 = 0.269 ms
五、实验结论
本实验测量得到的水中超声波的传播速度为3.72 km/s。
实验结果和实际值（约为1.5 km/s）存在较大的偏差，可能是由于实验误差和水中的水质、温度等因素的影响。
超声声速测量实验报告
一、实验目的1. 理解超声波的基本物理特性和产生机制。
2. 掌握相位法测量超声波声速的方法。
3. 学会使用逐差法处理实验数据。
4. 测量超声波在介质中的吸收系数和反射系数。
5. 运用超声波检测声场分布。
6. 学习超声波的产生与接收原理。
7. 通过相位法与共振干涉法测量声音在空气中的传播速度，并与公认值进行比较。
8. 观察与测量声波的双缝干涉与单缝衍射现象。
二、实验原理超声波是一种频率高于人耳听觉上限（约20kHz）的声波。
其传播速度与介质的性质有关，主要受到介质密度和弹性模量的影响。
本实验采用相位法测量超声波声速，即通过测量超声波的波长和频率，计算出声速。
三、实验器材1. 型声速测量综合实验仪2. 示波器3. 信号发生仪4. 声波发射器5. 声波接收器6. 温度计7. 卷尺8. 秒表四、实验步骤1. 将实验仪器的各个部分连接好，包括声波发射器、声波接收器、示波器、信号发生仪等。
2. 校准实验仪器，确保其工作正常。
3. 测量环境温度，并记录数据。
4. 使用相位法测量超声波在空气中的传播速度：a. 将声波发射器与信号发生仪连接，调整信号发生仪的频率至超声波频率范围。
b. 将声波接收器放置在距离声波发射器一定距离的位置。
c. 在示波器上观察声波信号，调整声波接收器的位置，直到在示波器上观察到两个同相的声波信号。
d. 测量两个同相信号之间的距离，即为超声波的波长。
e. 计算超声波的传播速度：声速 = 频率× 波长。
5. 使用共振干涉法测量超声波在空气中的传播速度：a. 将声波发射器与声波接收器放置在共振腔内。
b. 调整信号发生仪的频率，直到在共振腔内观察到共振现象。
c. 测量共振频率，并计算超声波的传播速度：声速 = 频率× 波长。
6. 测量超声波在介质中的吸收系数和反射系数：a. 将声波发射器与声波接收器放置在待测介质中。
b. 调整信号发生仪的频率，使超声波在介质中传播。
c. 测量超声波在介质中的传播速度，并计算吸收系数和反射系数。
【精品】超声声速的测定
【精品】超声声速的测定
超声波是指频率大于20000Hz的声波。
它具有穿透性、波长短、散射少、易于控制等
特点，被广泛应用于医学、材料科学、工程技术等领域。
超声波传播的速度称为声速，它
与介质的密度和弹性系数有关，因此可用来检测介质的物性参数。
下面介绍几种常见的测
定超声速度的方法。
1. 直接测量法
直接测量法是指将声波传播的时间和距离直接测量出来，再根据声速的定义计算出超
声波在介质中的传播速度。
这种方法需要一个标定介质，即已知声速的介质，可以通过与
标定介质中声速的比较来确定其它介质中声速的大小。
直接测量法适用于介质稳定、温度
恒定的情况。
2. 回声法
回声法是指在介质中发射一束超声波，在介质内部遇到界面时会发生反射，反射回来
的波形成回声，通过测量回声时间和距离，可以计算出声速的大小。
回声法适用于检测介
质内部结构和界面。
3. 共振法
共振法是指将介质放在一个空腔中，空腔中发生共振时，产生的超声波在介质中传播，测量超声波在介质中传播的时间和距离，就可以计算出声速。
共振法可以测量介质中物理
量的变化，例如温度、压力、密度等。
4. 相位比较法
相位比较法是指将超声波发射到两个介质中，在两个介质中传播后，在接触面处会有
反射和折射，通过测量反射和折射波的相位差，可以计算出超声波在两个介质中的传播速度。
相位比较法适用于介质密度和厚度的变化较小的情况。
总之，测量超声波的声速是一项重要的实验技术，在多个领域有广泛应用。
不同的测
量方法各有优缺点，应根据需要选择合适的方法进行测量。
超声声速的测量
超声声速的测量超声声速的测量引言：超声声速（Ultrasonic sound velocity）是指声波在介质中传播的速度，是指物质密度和弹性模量的函数。
测量超声声速是一种常见的实验方法，广泛应用于材料科学、地球科学、医学成像和工程等领域。
本文将介绍超声声速的测量原理、测量方法和常见的应用。
一、超声声速的测量原理超声声速的测量原理基于声波的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
声波在介质中传播的速度可以通过测量声波在介质中的传播时间和传播路径长度来计算。
根据声波传播的基本原理，可以得到测量声速的基本公式：声速 = 距离 / 时间二、超声声速的测量方法1. 脉冲回波法：脉冲回波法是一种常用的测量超声声速的方法。
该方法通过发射一个超声脉冲信号并记录其回波信号的传播时间，从而计算声速。
具体步骤如下：(1) 发射超声脉冲信号：使用超声探头向介质发送一个超声脉冲信号。
(2) 接收回波信号：接收探头返回的回波信号，并记录下传播时间。
(3) 计算声速：根据回波信号的传播时间和传播路径长度计算声速。
2. 相位移法：相位移法是另一种常用的测量超声声速的方法。
该方法通过测量声波信号传播过程中的相位差来计算声速。
具体步骤如下：(1) 发射超声波信号：使用超声探头向介质发送一个超声波信号。
(2) 接收回波信号：接收探头返回的回波信号，并记录下传播时间。
(3) 计算声速：根据回波信号的相位差和传播路径长度计算声速。
三、超声声速的应用1. 材料科学：超声声速的测量可以用于材料的密度和弹性模量的测定。
通过测量不同材料的声速，可以评估材料的力学性能和质量。
2. 地球科学：地球内部材料的密度和弹性模量的变化会影响声速的传播。
因此，通过测量地球内部的声速，可以研究地球的内部结构和成分，了解地球内部的物质性质。
3. 医学成像：超声声速的测量在医学成像领域中有广泛应用。
超声成像技术利用声波在不同组织中传播的速度差异进行图像重建，用于检查人体器官和组织的病变和异常。
超声声速的测定的实验原理
超声声速的测定的实验原理超声声速是指超声波在介质中传播时的速度。
测定超声声速是通过实验手段来获得的，主要有直接法和间接法两种方法。
下面将详细介绍超声声速测定的实验原理。
1. 直接法测定超声声速直接法是通过实验测量超声波在介质中传播所需的时间和传播距离，然后应用波速公式计算声速。
实验装置：- 超声波发生器：产生超声波信号。
- 超声波传感器：接收超声波信号并转换成电信号。
- 示波器：用于测量从超声波传感器输出的电信号。
- 距离测量装置：测量超声波从发生器到传感器之间的距离。
实验步骤：1) 将超声波发生器和超声波传感器固定在介质中，保证传播路径清晰。
2) 设置发生器的频率和幅度，并将其连接到示波器。
3) 发送一个超声波信号，通过示波器观察到超声波信号的波形。
4) 测量超声波信号从发生器到传感器的时间差（Δt）。
5) 测量发生器与传感器之间的距离（Δx）。
6) 计算声速：声速= Δx / Δt。
2. 间接法测定超声声速间接法是通过实验测量超声波在介质中的频率和波长，然后应用波速公式计算声速。
实验装置：- 超声波发生器：产生超声波信号。
- 超声波传感器：接收超声波信号并转换成电信号。
- 示波器：用于测量从超声波传感器输出的电信号。
- 频率计：测量超声波信号的频率。
- 波长测量装置：测量超声波在介质中的波长。
实验步骤：1) 设置发生器的频率和幅度，并将其连接到示波器。
2) 发送一个超声波信号，通过示波器观察到超声波信号的波形。
3) 使用频率计测量超声波信号的频率（f）。
4) 使用波长测量装置测量超声波在介质中的波长（λ）。
5) 计算声速：声速= f * λ。
实验注意事项：- 实验过程中需要保证超声波在介质中传播路径的清晰。
- 实验中使用的仪器和设备要保证精准度和准确性。
- 实验室环境要保持稳定，避免温度、湿度等因素对实验结果的影响。
总结：通过直接法和间接法，可以测定超声声速，两种方法都依赖于超声波在介质中的传播时间、距离、频率和波长的测量。
超声波测量声速
超声波测量声速一、实验目的：1. 掌握两种测量声波在空气中传播速度的方法。
2. 进一步加深对波的及格特征量的理解。
二、实验器材：声速测定仪、功率函数发生器、示波器各一台。
三、实验原理：1. 空气中的声速温度为t℃时空气中的声速可以表示为vt331.5273.15tm s 1 （1）273.15在实验室中经常采用驻波法和行波法测定波长λ，由频率计直接读出频率f，然后由v f求出声速。
实验中采用超声波测声速。
超声波的发射（声速测量仪上的S1）和接收（声速测量仪上的S2）是用压电陶瓷换能器进行的。
发射源S1受到信号发生器输出的正弦电压的激励而发出超声波。
接收器S2把接收到的声波转换成正弦电压信号，输入示波器观察。
2. 驻波法理论证明，只有当S1,S2的距离L为声波半波长的整数倍时，即L n2，(n=1,2,3…)才能在S1,S2之间形成稳定的驻波共振现象，驻波的幅度达到极大，此时在示波器荧光屏上的电压信号也相应极大。
移动S2，每移动半个波长，示波器上的电压信号就达到一个极大值，通过移动的距离可知半波长数值，读出功率函数发生器的输出频率，就可知声速。
3. 行波法将接收信号的换能器S2的端面转过一个角度，使其与S1不平行，则S1,S2之间的空气柱内只存在S1发射的行波。
在同一时刻，S1,S2表面处声波的位相差Φ与S1,S2之间距离L的关系为2L当L2k2和L(2k1)2时，对应的位相差分别为2k和＝（2k1)，k为整数。
同频率不同相位的两个相互垂直的谐振动合成时，其李萨如图形如教材图6－5－3所示。
固定S1,移动S2，当荧光屏显示斜率为正的直线时，两线号相位差为2kπ，当荧光屏显示斜率为负的直线时，两线号相位差为（2k＋1）π。
四、实验内容：1.寻找共振频率f打开示波器和功率函数发生器。
把S1,S2的距离调节到比较接近的位置（3－5厘米即可）。
移动S2，当示波器上振幅出现最大时停止。
缓慢调节功率函数发生器，当示波器上的振幅达到最大时，此时的频率为共振频率，填入表格。
超声波声速的测量实验报告
超声波声速的测量实验报告超声波声速的测量实验报告引言：超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，具有广泛的应用领域，包括医学、工业和科学研究等。
测量超声波的声速是了解物质性质和结构的重要手段之一。
本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究超声波声速与介质性质之间的关系。
实验原理：超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
根据弹性模量的定义，声速可以表示为声波在介质中传播的速度。
实验中使用的装置是一个超声波测速仪，它通过发射和接收超声波信号来测量声速。
在测量过程中，超声波信号从发射器发出，经过介质传播，然后被接收器接收。
通过测量超声波信号的传播时间和传播距离，可以计算出声速。
实验步骤：1. 准备工作：将超声波测速仪连接到电源，并确保仪器正常工作。
2. 实验准备：选择不同的介质，如水、玻璃和金属板，并准备相应的容器。
3. 测量过程：将发射器和接收器分别放置在介质中，并确保它们与介质的接触良好。
按下测量按钮，记录超声波信号的传播时间和传播距离。
4. 数据处理：根据测得的传播时间和传播距离，计算出声速。
重复实验多次，取平均值以提高测量精度。
实验结果：经过多次实验测量和数据处理，得到了不同介质中超声波的声速。
在水中，超声波的声速约为1500 m/s；在玻璃中，声速约为5000 m/s；在金属板中，声速约为6000 m/s。
讨论与分析：通过实验结果可以看出，不同介质中超声波的声速存在显著差异。
这是因为不同介质的密度和弹性模量不同，从而导致了声速的差异。
在水中，由于其密度较低，声速较慢；而在玻璃和金属板中，由于其密度和弹性模量较高，声速较快。
此外，实验中还发现声速与温度有关。
在实验过程中，我们发现随着温度的升高，声速也会增加。
这是因为温度的升高会导致介质的分子振动增加，从而增加了声波的传播速度。
结论：通过本实验，我们成功测量了不同介质中超声波的声速，并探究了声速与介质性质之间的关系。
实验结果表明，声速与介质的密度和弹性模量密切相关。
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实验原理 2 实验原理 声波是在弹性媒质中传播的一种机械波。当声波的振动频 率超过20kHz的时候称为超声波，它具有波长短、指向性好等 优点。超声波在科学研究、生产、生活中应用非常广泛，如 超声无损检测、超声波测距和定位、测量气体温度瞬间变化、 测液体流速、测材料弹性模量等等。 超声波在医学方面应用非常广泛，可以对物品进行杀菌消毒。
产生超声波
接受超声波
实验原理 2 实验原理 测声波频率 (可通过频率计测得)
测波长用公式
υ =λ f
因此本实验的主要任务是测超声波的波长。
测超声波的波长的方法
1 共振干涉法（驻波法） 2 相位比较法（行波法）
实验原理 2 实验原理
当换能器S1与S2的表面平行时，由换能器S1的震动产生的超声波在S1、S2两
。
（2）用逐差法计算共振干涉法测出的超声波波长：
2 共＝ L10 L5 L9 L4 L6 L1 25
V共＝共 f
（4）将V共 与 V认 比较求相对误差：
（3）计算共振干涉法测出的超声波在空气中的传播速度：
E共
V共 -V认 V认
100%
（5）用逐差法计算计算位相比较法测出的超声波波长：
压电换能器是指利用压电 材料的正逆压电效应制成的换 能器，换能器顾名思义就是指 可以进行能量转换的器件。通 常我们所说的为电声换能器， 能够发射声波的换能器叫发射 器；用来接收声波的换能器叫 接收器。
实验原理 2 实验原理 压电换能器的工作原理 即如果在极化方向加上电压，电场强度的作用下会在极化该方向 产生应力，该应力使压电材料在极化方向的长度伸长或收缩。如果加 上的电压是频率 f 超过20kHz的交流电，压电材料就会产生频率为 f 的周期性纵向伸缩，从而压迫空气成为超声波的波源。同样，也可以 使声压的变化转变成电压的变化，用来接收信号。
3．位相比较法测波长 其它连线不变，再将信号源的输出端（50Ω ）与示波器CH1相连，将 示波器置于X－Y工作方式，固定辐射换能器坐标，连续移动接收换能器， 记录相继出现10个相同方向的斜线李萨如图形时（统一要求用1、3象限 的直线）接收换能器所对应的坐标 。
4．测量实验室室温T（用实验室门口的酒精温度计读数，禁止手摸酒 精泡附近，禁止鼻孔热气影响读数精度）
1、测量超声波在空气中的传播速度
共振频率：
次数 1
KHz， 室温：
2 3 4 5
℃
6 7 8 9 10
共振干涉法 Li（mm）
位相比较法 li（mm）
2．数据处理（以下内容预习时不写，计算时必须有完整的代入和过程） （1）计算在该室温下，超声波在空气中传播速度的公认值：
V认 331.30 T T0
实验步骤
注意事项
1、示波器不显示驻波： 调节信号发生器的输出频率，使频率处于换能器的共振频率上。 2、驻波图形太大或太小：
调节信号发生器的输出振幅、示波器的增益，以获得合适的图形。
数据处理
1.逐差法计算波长 2.计算超声波传播速度 3.计算超声波在空气中传播速度的公认值 4.求出两种测量方法得到的v的相对误差E 5.计算不确定度
表面之间形成驻波，在接收换能器S2处是振幅的波节位置（理论推导）、声压的
波腹位置，即该处位移为零，声压最大。当S1、S2的间距满足一定条件时，出现 稳定的驻波现象，此时接收器S2表面的声压振幅最大，改变S1、S2的间距，可以 测量到一系列的声压最大的位置，而这些相邻位置的间距就是超声波半波长的大 小。
超声波的声速测定实验
大学物理实验中心
讲授提纲 讲授内容 1 实验目的 2 实验原理 3 实验内容 4 实验步骤
5 思考题
实验目的 1 实验目的 （1）了解超声换能器的工作原理和功能； （2）学习不同方法测定声速的原理和技术；
（3）熟悉测量仪和示波器的调节使用；
（4）测定声波在空气及水等介质中的传播速量
共振干涉法 （驻波法）
实验原理 2 实验原理
利用示波器来观测经换能器S2产生的电信号波形，以确定振幅的 最大位置。
实验原理 2 实验原理 相位比较(行波)法测声速 当接收器和发射器 的距离变化等于一个波 长时，则发射与接收信 号之间的相位差也正好 变化一个周期(即 Δ Φ =2π )，相同的图形 就会出现。所以，当准 确观测相位差变化一个 周期时接收器移动的距 离，即可得出其对应声 波的波长λ ，再根据声 波的频率，即可求出声 波的传播速度 。
（4）调节低频信号发生器的频率，使示波器接收到一定强度的信号，继 续改变驱动信号的频率，使示波器观察到的电信号幅值最大，此时的频率 即为共振频率。由频率计读出并记下此频率 。其后的测量都要在此频率 下进行，不得再行改变。
实验步骤 4 实验步骤 2．共振干涉法测波长 在上述步骤完成之后，固定辐射换能器的位置，连续移动接收换能器， 记录示波器上波形相继出现10个极大值所对应的接收换能器的坐标 。
3
如何用本实验中的方法测量声速在媒质中（如液体和固
体）的传播速度?
附加内容
时差法测量声速
若以脉冲调制正弦信号输入到发射器，使其发出脉冲声波，经时 间t后到达距离L处的接收器。接收器接收到脉冲信号后，能量逐渐积 累，振幅逐渐加大，脉冲信号过后，接收器作衰减振荡。t可由测量 仪自动测量。测出L后，即可由V=L／t计算声速。亦可由示波器定性 观察。
实验原理 2 实验原理
超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进 入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种 方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零 件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些 脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
实验原理 2 实验原理 产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨 等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利 用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换 能器等。 压电换能器
1 位＝ l10 l 5 l 9 l 4 l 6 l1 25
（6）计算用位相比较法所测出的超声波在空气中的传播速度：
V位 位 f
（7）将V位 与V认比较求相对误差：
V位 -V认 E位 100% V认
思考题
思考题
1 2 逐差法处理数据的优点是什么？ 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？
实验内容 3 实验内容
1．测量谐振频率 2．用共振干涉法测波长
3．用相位比较法测波长
实验步骤 4 实验步骤 1．寻找与测量共振频率 （1）将声速测试仪辐射换能器电缆接到功率信号源输出端口，声速测试 仪接收换能器电缆接到示波器CH2端口，调妥示波器 （2）将接收换能器移近辐射换能器，使二换能器表面彼此接近（距离调 到4～5mm）并平行，且表面法线尽可能与接收换能器的移动轴线一致，其 表面法线尽可能与接收换能器的移动轴线一致（大部分仪器不必调）。 （3）将信号源功率开关打开，输出电平调到10V，频率在30～40kHz。