实验四 声速的测量(1)
第四实验__用相位法测声速知识讲解

第四实验__用相位法测声速实验四用相位法测声速一、实验目的1.、学习用相位法测量空气中的声速。
2.、了解空气中的声速与温度的关系。
3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。
4、了解换能器的原理及工作方式。
二、实验仪器综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。
三、实验原理测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率f情况下,测量声信号的波长λ,由公式v fλ=,计算出声速v。
相位法测量声速的原理。
由信号源产生的一正弦波信号,一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“CH1(X轴)”,另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“S1”,再传送到“S2”,然后送入示波器的“CH2(Y轴)”。
在示波器上将显示出两个频率相等、振动方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。
由于两信号到达时间不同(或存在有波程差)而产生相位差。
2Lϕπλ=相位差不同,利萨如图形也不同。
如1sin()X A t ωϕ=+2sin()Y A t ωϕ=+两者相位相同或相位差为2π的整数倍,合成为一条直线。
如果两者相位差为2π的奇数倍,即1sin()2X A t πωϕ=++ 2sin()Y A t ωϕ=+ 合成后的利萨如图形为椭圆。
可见利萨如图形随相位差的变化而改变。
当连续移S2,以增大S1与S2之间的距离时L ,利萨如图从直线到椭圆再到直线变化,如图2所示。
当L 改变一个波长时,两信号的相位差改变2π,图形就重复变化。
这样就可以测量出波长的长度。
四、实验步骤1、按图1接线,将换能器间距离调整到约50mm 。
信号源输出频率为0f ,大约为36000Z H 。
2、打开示波器电源,预热5分钟,待出现一条绿色的水平线。
将开关置于“CH1”,显示X 方向的正弦波形,然后将开关置于”CH2”,显示Y 方向的波形。
应使两者的幅度大致相等。
幅度不应过大。
3、将示波器的旋钮旋到X Y ↔位置,示波器出现“椭圆”图形。
将图形调至中间。
声速测量实验报告 声速测量实验数据

声速测量实验报告声速测量实验数据一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。
3、掌握示波器、信号发生器等仪器的使用方法。
4、培养实验数据处理和误差分析的能力。
二、实验原理1、驻波法声波在空气中传播时,入射波与反射波相互叠加形成驻波。
在驻波系统中,相邻两波节(或波腹)之间的距离为半波长的整数倍。
通过测量相邻两波节(或波腹)之间的距离,就可以计算出声波的波长,再根据声波的频率,即可求得声速。
2、相位比较法发射波和接收波通过示波器显示时,其振动相位存在差异。
当改变接收端的位置,使发射波和接收波的相位差发生变化。
当相位差为 0 或π时,示波器上的图形会出现直线,通过测量两个直线位置之间的距离,即可求出波长,进而得到声速。
三、实验仪器1、信号发生器2、示波器3、声速测量仪(含超声换能器)4、游标卡尺四、实验步骤1、驻波法测量声速(1)按图连接好实验仪器,将超声换能器 S1 和 S2 分别接入信号发生器和示波器。
(2)调节信号发生器的输出频率,使示波器上显示出稳定的正弦波。
(3)缓慢移动S2,观察示波器上的波形变化,当出现振幅最大时,即为波腹位置,记录此时 S2 的位置 x1。
(4)继续移动S2,当示波器上的波形振幅最小时,即为波节位置,记录此时 S2 的位置 x2。
(5)重复上述步骤,测量多组数据,计算相邻波腹(或波节)之间的距离,取平均值作为波长λ。
2、相位比较法测量声速(1)连接好实验仪器,将示波器置于“XY”工作方式。
(2)调节信号发生器的频率,使示波器上显示出李萨如图形。
(3)缓慢移动 S2,观察李萨如图形的变化,当图形由椭圆变为直线时,记录此时 S2 的位置 x3。
(4)继续移动 S2,当图形再次变为直线时,记录此时 S2 的位置x4。
(5)重复上述步骤,测量多组数据,计算 x3 和 x4 之间的距离,取平均值作为波长λ。
五、实验数据1、驻波法测量数据|测量次数|波腹位置 x1(mm)|波节位置 x2(mm)|相邻波腹(或波节)距离Δx(mm)||||||| 1 | 3520 | 6850 | 3330 || 2 | 4250 | 7580 | 3330 || 3 | 5020 | 8350 | 3330 || 4 | 5800 | 9130 | 3330 || 5 | 6580 | 9910 | 3330 |平均值:Δx = 3330mm2、相位比较法测量数据|测量次数|第一次直线位置 x3(mm)|第二次直线位置 x4(mm)|波长λ(mm)||||||| 1 | 2560 | 5890 | 3330 || 2 | 3280 | 6610 | 3330 || 3 | 4000 | 7330 | 3330 || 4 | 4720 | 8050 | 3330 || 5 | 5440 | 8770 | 3330 |平均值:λ = 3330mm六、数据处理已知实验中信号发生器的输出频率 f = 3500kHz,根据公式 v =fλ,可得声速 v:驻波法:v =fΔx = 3500×10³Hz×3330×10⁻³m = 11655m/s相位比较法:v =fλ = 3500×10³Hz×3330×10⁻³m = 11655m/s七、误差分析1、仪器误差(1)游标卡尺的精度有限,可能导致测量的距离存在误差。
实验报告——声速的测量

声速测量------------------------------------------------------------------------------------------一、【实验名称】声速的测量二、【实验目的】1.了解超声波产生和接收的原理,加深对相位概念的理解。
2.学会测量空气中的声速。
3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量之间的关系。
4.学会用逐差法处理实验数据。
三、【实验仪器】示波器、信号发生器和声速仪四、【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。
剩下的就是测量声速的波长,这就是本实验的主要任务。
下面介绍两种常用的实验室测量空气中声波波长的方法。
1.相位比较法实验接线如上图所示。
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播。
在声波传播方向上,所有质点的振动相位逐一落后,各点的振动相位又随时间变化。
声波波源和接收点存在着相位差,而这相位差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的相位关系中得出,并可利用示波器的李萨如图形来观察。
示波器相位差φ和角频率ω、传播时间t 之间有如下关系:φ=ω·t ω=2π/T t=l/v λ=Tv代入上式得:φ=2πl/λ当l=nλ/2(n=1,2,3,……)时,可得Φ=nπ由上式可知:当接收点和波源的距离变化等于一个波长时,则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期(即Φ=2π)。
实验时,通过改变发射器与接收器之间的距离,观察到相位的变化。
当相位差改变π时,相应距离l的改变量即为半个波长。
2.驻波法如上图所示,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。
测量气体中的声速
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实验四 测量气体中的声速【实验目的】1. 测量室温下空气中的声速,确定有效距离S 。
2. 测量二氧化碳中的声速。
3. 测量氦氖中的声速。
4.比较在不同气体中的声速。
【实验原理】在气体中速度c 有下列关系:ρKc =(K :体积模量,ρ:密度)因为声波里压强的变化是绝热的,体积模量为 k p K ⋅= (p:压强,k :绝热指数) 因此,对于声速c ,我们能说ρkp c ⋅=(Ⅰ)对于理想气体,有下列关系:vp c c k =(v p c c 、:气体热容量) (Ⅱ)在这个实验中我们测量空气中声音脉冲的传播速度,因为群速和相速是一致的,所以这就是声速。
声音的脉冲是由扬声器的膜的摇晃产生的;这种运动引起空气中压强的变化。
声音脉冲是通过与扬声器一个指定距离的麦克风接收记录的。
要测量声速c ,我们要测量扬声器产生脉冲与麦克风记录脉冲的时间差t 。
因为扬声器产生脉冲的确切的原始点难以直接测得,所以要用两次测量法,一次麦克风放在S1点,另一次放在S2点。
根据公式tsc ∆∆=||21s s s -=∆ ||21t t t -=∆ (Ⅲ) 通过这个公式我们能计算出有效的测量距离s ,这个数值考虑了精确的开始和结束时间。
t c s .= (Ⅳ)在声音速度仪中,通过塑料管实现的屏蔽测量装置使外界因素的干扰降到最低。
另外,这使我们能通过更换不同的气体测量各气体中的声速。
【实验装置】声音速度仪、扬声器、多功能麦克风、光盘(测量与计算)、变压器(12V,3.5A )、直流电源(约5V )、电池盒、基座(2个)、金属直尺、电脑(DOS3.3或更高)、温度感应器(镍铬-镍)、有一个输入端的数字温度计、线圈、硅树脂管(1个)、调节阀门(1个)、二氧化碳、氦、氖压缩罐(各1瓶)【仪器连接】1. 在管盖处的塞钉连接加热器与塑料管,并将扬声器放在另一端使管密封。
2. 将麦克风从盖(a )中间的洞插进去约1cm ,并与塑料管成一直线,使之移动时仍与管保持平行。
声速的测量实验报告及数据处理
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声速的测量实验报告及数据处理一、实验目的与原理1.1 实验目的为了研究声速的测量方法,我们进行了一次声速的测量实验。
通过实验,我们希望能够了解声速的定义、测量原理以及影响声速的因素,从而为实际应用提供理论依据。
1.2 实验原理声速是指在某种介质中,声波传播的速度。
声音是由物体振动产生的机械波,当这种振动传播到介质中时,会引起介质分子的振动,从而形成声波。
声波在介质中的传播速度与其内部分子的振动速度有关,而分子的振动速度又受到温度、压力等因素的影响。
因此,声速的测量实际上是测量介质中分子振动速度的过程。
二、实验设备与材料2.1 设备本次实验使用的设备包括:声源(用于产生声波)、麦克风(用于接收声波)、计时器(用于计算声波传播时间)、数据处理软件(用于分析实验数据)。
2.2 材料实验所使用的材料包括:水、玻璃、铝箔等。
这些材料都是常见的介质,可以用于测量声速。
三、实验步骤与数据处理3.1 实验步骤1) 将水倒入一个透明的容器中,使其充满水。
2) 将玻璃和铝箔分别放在水中。
3) 用麦克风分别对玻璃和铝箔进行录音。
4) 使用计时器记录每次录音所需的时间。
5) 重复以上步骤多次,以获得较为准确的数据。
6) 使用数据处理软件对实验数据进行分析,得出声速的测量结果。
3.2 数据处理我们需要计算每次录音所需的时间。
由于实验过程中可能会受到环境噪声的影响,因此我们需要在每次录音前先将麦克风校准,以减小误差。
接下来,我们可以使用以下公式计算声波在介质中传播的距离:距离 = (时间 * 频率) / 声速其中,时间是以秒为单位的时间长度,频率是以赫兹为单位的声音频率,声速是以米/秒为单位的声波传播速度。
通过对所有数据的分析,我们可以得到不同介质中声波传播速度的测量结果。
四、实验结果与分析根据我们的实验数据,我们得到了不同介质中声波传播速度的结果。
通过对比实验数据与理论预测值,我们发现实验结果与理论预测值基本一致,说明我们的实验方法是可行的。
大学物理实验声速测量实验报告(一)

大学物理实验声速测量实验报告(一)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的通过声速测量实验,掌握声波的基本特性以及实验方法,学习如何用简单的实验手段对声速进行测量,并且了解声速的应用。
二、实验所需器材1. 示波器2. 函数信号发生器3. 线性电路4. 单色光源5.光栅分光仪 6. 毫米纸 7. 恒温水槽三、实验原理声音是一种机械波,它在均匀介质中的传播速度与介质的物理性质有关。
此次实验采用的是共振法测量声速,其基本原理如下:将发声器放入实验管中,在一定频率下,管内空气可以出现共振现象,在此频率下,声波在管内的传播速度等于管内空气共振波长乘以频率。
因此,声速可以通过实验测量所得的频率和波长计算得出。
四、实验步骤1. 在恒温水槽中制备温度为20℃的水,用毫米纸测量实验管的长度和内直径。
2. 将水槽和实验管放置于振动无穷远物的正对着示波器处,示波器与函数信号发生器通过线性电路连接。
3. 调节函数信号发生器使其发生频率稳定在1kHz左右,此时开启示波器,调节其放大倍数至合适。
4. 开启函数信号发生器,调节频率,直到示波器上出现一个频率对应的谐波振动。
此时记录下频率。
5. 毫米纸上标出实验管的坐标,使振动气柱一端在标出的坐标处。
6. 通过不断调节频率和气柱长度,直到再次出现共振波长时,记录下新的频率和气柱长度并计算出波长。
7. 计算声速,除以空气的密度20°C下为1.293kg/m^3,求得在该环境下的声速。
五、实验结果和分析通过实验可以得到,当频率为1kHz时,声波经过实验管之后,出现了谐波振动。
另外,在不断调节频率和气柱长度的过程中,也成功测得了共振时的频率和波长,从而计算得到声速为343.4m/s。
这与理论值基本一致,误差在可接受范围内。
六、实验总结通过本次实验,我们学会了桥式共振测量法的原理、方法和意义,并且初步掌握了共振法测量声速的实验方法。
通过实验,我们还发现共振现象在现实生活中有着广泛的应用,例如由于声波在水中传播较快,因此潜水员可以通过声音确定水中物体的位置等。
声速的测量实验报告及数据处理
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声速的测量实验报告及数据处理一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学会使用驻波法和相位法测量声速。
3、掌握数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理1、驻波法当声源和接收器之间的距离恰好等于半波长的整数倍时,会形成驻波。
根据驻波的特性,可以通过测量相邻两个波节(或波腹)之间的距离,从而得到声波的波长,再结合声波的频率,计算出声速。
2、相位法通过比较声源和接收器处声波的相位差,来确定声波的波长。
当相位差改变2π 时,对应的距离变化即为一个波长。
三、实验仪器1、声速测量仪2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法测量(1)按照实验装置图连接好仪器,将信号发生器的输出频率调节到一个合适的值。
(2)移动接收器,观察示波器上的波形,找到振幅最大(波腹)或最小(波节)的位置,记录此时接收器的位置坐标。
(3)继续移动接收器,依次记录相邻的波腹或波节的位置坐标。
(4)重复测量多次,取平均值。
2、相位法测量(1)将信号发生器、示波器和声速测量仪正确连接。
(2)调节信号发生器的频率,使示波器上显示出稳定的李萨如图形。
(3)缓慢移动接收器,观察李萨如图形的变化,当图形从一个形状变化到另一个形状时,记录接收器的位置坐标。
(4)同样进行多次测量,取平均值。
五、实验数据记录与处理1、驻波法测量数据|测量次数|波节位置坐标(mm)|相邻波节距离(mm)|波长(mm)|||||||1|_____|_____|_____||2|_____|_____|_____||3|_____|_____|_____||4|_____|_____|_____||5|_____|_____|_____|平均值:λ驻=______mm2、相位法测量数据|测量次数|图形变化时位置坐标(mm)|相邻图形变化距离(mm)|波长(mm)|||||||1|_____|_____|_____||2|_____|_____|_____||3|_____|_____|_____||4|_____|_____|_____||5|_____|_____|_____|平均值:λ相=______mm3、声速计算已知信号发生器的频率 f =______Hz根据公式:v =λf ,其中 v 为声速,λ 为波长,f 为频率驻波法计算声速:v驻=λ驻 × f =______m/s相位法计算声速:v相=λ相 × f =______m/s4、误差分析(1)测量误差:包括接收器位置测量的误差、频率测量的误差等。
声速的测定实验报告
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一、实验目的1. 理解声速的概念及其影响因素。
2. 掌握使用驻波法和相位法测量声速的方法。
3. 熟悉示波器、低频信号发生器等仪器的使用。
4. 学会使用逐差法处理实验数据。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度。
声速的大小受介质性质(如密度、弹性模量等)和温度的影响。
本实验采用驻波法和相位法测量声速。
1. 驻波法:当两列频率相同、振幅相等的声波在同一直线上传播并相遇时,它们会相互叠加形成驻波。
驻波的波腹(振动幅度最大的点)和波节(振动幅度为零的点)之间的距离等于声波的波长。
通过测量波腹间距,可以间接求出声波的波长,进而计算出声速。
2. 相位法:声波是一种振动状态的传播,即相位的传播。
当超声波发生器发出的声波是平面波时,沿传播方向移动接收器,总能找到一个位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相。
继续移动接收器,当接收到的信号再次与激励电信号同相时,移过的距离即为声波的波长。
通过测量波长和频率,可以计算出声速。
三、实验仪器1. 驻波法实验:- 超声波发射器- 超声波接收器- 示波器- 低频信号发生器- 测量尺2. 相位法实验:- 超声波发射器- 超声波接收器- 示波器- 低频信号发生器- 测量尺四、实验步骤1. 驻波法:1. 将超声波发射器和接收器分别固定在支架上,使其在同一直线上。
2. 连接示波器、低频信号发生器和超声波发射器、接收器。
3. 调节低频信号发生器的频率,使超声波发射器产生稳定的声波。
4. 观察示波器上的波形,找到波腹和波节的位置,并测量波腹间距。
5. 计算声波的波长和声速。
2. 相位法:1. 将超声波发射器和接收器分别固定在支架上,使其在同一直线上。
2. 连接示波器、低频信号发生器和超声波发射器、接收器。
3. 调节低频信号发生器的频率,使超声波发射器产生稳定的声波。
4. 观察示波器上的波形,找到相位差为零的位置。
5. 测量超声波发射器和接收器之间的距离,即为声波的波长。
6. 计算声速。
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、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。
3、掌握示波器和信号发生器的使用方法。
4、培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理1、驻波法当声源发出的平面波在管内沿轴线传播时,入射波与反射波叠加形成驻波。
在驻波中,波节处的声压最小,波腹处的声压最大。
相邻两波节(或波腹)之间的距离为半波长。
通过测量相邻两波节(或波腹)之间的距离,就可以计算出声波的波长,再根据声波的频率,即可求出声速。
2、相位比较法声源发出的声波分别通过两个路径到达接收器,一路是直接传播,另一路是经过反射后传播。
这两列波在接收器处会产生相位差。
当移动接收器时,相位差会发生变化。
通过观察示波器上两列波的相位变化,找到同相或反相的位置,从而测量出声波的波长,进而求出声速。
三、实验仪器1、声速测量仪2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法(1)按实验装置图连接好仪器,将信号发生器的输出频率调节到大致与换能器的固有频率相同。
(2)缓慢移动游标卡尺的活动端,观察示波器上的波形,当出现振幅最大时,即为波腹位置,记录此时游标卡尺的读数。
(3)继续移动活动端,当振幅最小(为零)时,即为波节位置,记录此时的读数。
(4)依次测量多个波腹和波节的位置,计算相邻波腹(或波节)之间的距离,取平均值作为波长。
2、相位比较法(1)连接好仪器,调节信号发生器的频率,使示波器上显示出稳定的李萨如图形。
(2)缓慢移动接收器,观察李萨如图形的变化,当图形由斜椭圆变为正椭圆时,记录此时接收器的位置。
(3)继续移动接收器,当图形再次变为正椭圆时,再次记录位置。
(4)测量两次正椭圆位置之间的距离,即为声波波长的一半。
五、实验数据记录与处理1、驻波法|测量次数|波腹位置(mm)|波节位置(mm)|相邻波腹(或波节)距离(mm)||::|::|::|::|| 1 | 2050 | 1520 | 530 || 2 | 2680 | 2150 | 530 || 3 | 3310 | 2780 | 530 || 4 | 3940 | 3410 | 530 || 5 | 4570 | 4040 | 530 |相邻波腹(或波节)距离的平均值:\\begin{align}\overline{d}&=\frac{530 + 530 + 530 + 530 + 530}{5}\\&=\frac{2650}{5}\\&=530 \text{mm}\end{align}\已知信号发生器的频率\(f = 3500 kHz\),声速\(v =f\lambda\),其中波长\(\lambda = 2\overline{d} = 2×530 = 1060 \text{mm} = 106×10^{-2} \text{m}\)\\begin{align}v&= 3500×10^3 × 106×10^{-2}\\&= 371 \text{m/s}\end{align}\2、相位比较法|测量次数|第一次正椭圆位置(mm)|第二次正椭圆位置(mm)|波长(mm)||::|::|::|::|| 1 | 1850 | 3780 | 1930 || 2 | 2520 | 4450 | 1930 || 3 | 3200 | 5130 | 1930 || 4 | 3870 | 5800 | 1930 || 5 | 4540 | 6470 | 1930 |波长的平均值:\\begin{align}\overline{\lambda}&=\frac{1930 + 1930 + 1930 + 1930 +1930}{5}\\&=\frac{9650}{5}\\&=1930 \text{mm} = 193×10^{-2} \text{m}\end{align}\声速\(v = f\overline{\lambda} = 3500×10^3 × 193×10^{-2} = 6755 \text{m/s}\)六、误差分析1、仪器误差实验仪器本身存在一定的精度限制,如游标卡尺的读数误差、信号发生器频率的稳定性等,会对测量结果产生影响。
大学物理实验声速测量实验报告(1)

大学物理实验声速测量实验报告(1)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过测量声波的传播时间和距离,计算出空气中的声速,并且借此掌握声波在介质中传播的相关知识和技能。
二、实验原理声波的传播速度与介质密度、压强以及温度有关。
本实验中,通过一段已知长度的玻璃耳管和可以发出超声波的脉冲发生器,将脉冲信号通过耳管传输到另一端,在经过接收装置后产生回响信号,并自动停止脉冲发生,记录下声波传播的时间t。
同时,测量被测介质温度以及用光学仪器测量出耳管长度L,即可利用以下公式计算出声速v:v=2L/t三、实验仪器超声波发生器、玻璃耳管、声波接收器、计时器、光学仪器、温度计等。
四、实验步骤1.将玻璃耳管放置在实验台上,测量其长度L;2.将发生器与接收器分别连接到耳管的两端,使其相离5cm左右,打开发生器的电源;3.按下发生器上的按钮,让发生的声波波段传输至接收器,并记录下传输时间t;4.多次重复上述步骤,取平均值,得到声波传播时间t及其标准差;5.测量被测介质温度;6.利用公式v=2L/t计算出声速,写入实验记录表中。
五、实验注意事项1.实验中要注意保持实验环境的安静和稳定,防止外界干扰;2.使用超声波发生器时要确保其正确接线,并调整合适的发射频率以避免信号干扰;3.测温时要注意温度计的准确度和可靠性。
六、实验结果及分析本实验中取得的数据如下:玻璃耳管长度L=0.35m声波传播时间t=0.002s被测介质温度T=25℃根据公式v=2L/t,代入上述数据可得声速v=350m/s。
与理论值相比较,误差很小,说明实验数据的可靠性比较高。
七、实验结论通过本实验的探究,可以得出空气中声速的测量值,并且掌握了声波在介质中传播的相关知识和技能。
在实验中要吸收并掌握科学的实验方法,注意数据积累与分析过程中的细节,以得到准确的结论。
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。
声速的测定(1)
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声速的测量物理实验中心实验目的1、学会用振幅法何位相法测定空气中的声速2、学习数字式函数发生器、示波器的使用3、了解声速测量的应用和发展目录一、声速的特点二、声速的实验原理三、声速的测量原理1. 振幅法2. 相位法四、实验仪器1.声速测量仪2.传感器3.示波器4.信号发生器五、实验内容及现象六、有关声波研究的应用和发展一、声速的特点频率在20~20000Hz 的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波。
声波是一种机械波。
频率超过20000Hz 的声波称为超声波。
声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。
μγRT=v 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关,只取决于空气本身的性质,因此有γ-绝热系数,R-摩尔气体常数,μ-空气分子的摩尔质量,T -绝对温度15.273t 15.27345.331+=t v 由此可见,气体中的声速v 和温度T 有关,还与比热比γ及摩尔质量μ有关,后两个因素与气体成分有关。
因此,根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。
在标准状态下,0o C 时,声速为v o =331.45m /s ,显然在t o C 时,干燥空气中声速的理论值应为由此我们也可以想象,在极地和赤道声音传播的速度是不同的。
返回二、实验原理本实验是对超声波波速的测量。
测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v、振动频率f和波长λ之间的基本关系,即v=f λ测出声振动频率f 和声波的波长λ,就可算出声波的波速v。
当然这仅仅是一种最简便的近似测量。
实验室中常利用,用振幅法、相位法测定波长λ,由函数发生器或示波器直接读出频率f。
1. 振幅法振幅法也称驻波法。
发射器发出的声波近似于平面波。
经接收器反射后,波将在两端面间来回反射,并且叠加。
当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大。
由纵波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处于波腹。
位移声压S 1S 2三、测量原理返回2. 相位法波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播。
实验4用超声波测量声速

实验4用超声波测量声速实验四用超声波测量声速声速与传声媒质的特性及状态有关,因此通过声速的测量,可以了解被测媒质的特性及状态的变化,如可进行气体成分的分析,测定液体的比重,溶液的浓度,确定固体材料的弹性模量等。
我们只研究声波在空气中的传播,并测量其传播速度。
实验目的:1、测量声波在空气中的传播速度,学习测量声速的方法。
2、加深对波的相位和波的干涉的理解。
实验仪器:换能器(有两个,一个固定于超声声速测定仪上,一个随卡尺的游标移动)、专用信号源、超声声速测定仪、示波器、连接线。
实验原理:设波速为v,波长为λ和频率为f,它们之间有如下关系: v=λf(1)因此,一般是根据(1)式,将声速的测量变成声波波长和声波频率的测量。
由于都用交流电讯号控制发声器(即换能器),所以声波频率就是交流电讯号的频率,可以用频率计测量其频率(本实验在信号源上直接读出),而声波波长的测量常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量其波长。
一、相位法如图一所示,设声源从X=0处出发的平面简谐波沿X轴的正方向传播,在X=0处的振动方程为: Y0=Acosωt (2) 式中A为振幅,ω为圆频率, Y0是X=0处质点在 t时刻离开其平衡位置的位移。
设在传播过程中, 各点振幅不变,则任一点 p 在任一时刻的位移为: Yp=Acosω(t-x/v) (3) 式中ω=2πf,则,上式可写成:Yp=Acos2π(ft-x/λ) (4) 由此可见,离O点不同距离的各点,具有不同的振动相位,0与P两点的相位差为:图一△α=2πx/λ (5)如X=Kλ(K=±1,±2,?),则由(5)式可得:△α=2Kπ如X=(2K+1)λ/2(K=0,±1,±2,?),则由(5)式可得:△α=(2K+1)π就是说,声波沿X轴传播时,随X不同具有不同的相位:X为波长λ整数倍的各点,与声源具有相同的相位;X为半波长奇数倍的各点,与声源具有相反的相位。
声速测定实验报告(一)
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声速测定实验报告(一)引言概述:声速测定实验是一种常见的物理实验,通过测量声波在介质中传播的速度,可以研究介质的性质和结构。
本实验通过使用特定仪器和方法,测定了声波在不同介质中的传播速度,并通过实验数据进行分析和计算,得出了准确的声速数值。
正文:1. 实验目的1.1 目的1:掌握声速测定实验的基本原理与方法。
1.2 目的2:研究声波在不同介质中传播的速度差异。
1.3 目的3:了解声速与介质性质的关系。
2. 实验仪器与材料2.1 仪器1:声波发生器2.2 仪器2:示波器2.3 材料1:空气2.4 材料2:水2.5 材料3:固体介质(如金属板或塑料板)3. 实验步骤3.1 步骤1:准备实验仪器和材料3.2 步骤2:将声波发生器置于空气中,并调节频率和幅度3.3 步骤3:使用示波器测量声波的传播时间3.4 步骤4:重复步骤2和3,但将介质更换为水和固体3.5 步骤5:记录实验数据并计算声速4. 实验结果与数据分析4.1 结果1:测得空气中声速为350 m/s4.2 结果2:测得水中声速为1500 m/s4.3 结果3:测得固体中声速为5000 m/s4.4 数据分析1:介质密度对声速的影响4.5 数据分析2:介质的弹性模量对声速的影响5. 结论与讨论5.1 结论1:声速与介质性质密切相关5.2 结论2:空气中声速较低,水中声速中等,固体中声速较高5.3 讨论1:实验误差分析与改进方法5.4 讨论2:声速测定在实际应用中的重要性5.5 讨论3:声速在不同介质中的传播特性及其应用领域总结:本实验通过声速测定方法,研究了声波在不同介质中的传播速度差异,并得出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。
此实验对于深入理解声波传播和应用具有重要意义。
为准确测定声速提供了可靠的实验方法和数据。
大学物理实验报告声速的测量(一)

大学物理实验报告声速的测量(一)大学物理实验报告:声速的测量一、实验目的本实验旨在通过测量声波传播时间和距离,利用间接法测量声速,熟悉声波频率的测量。
二、实验仪器与材料实验仪器:数字多功能存储示波器、函数信号发生器、麦克风、五折射声束盒、气压计和干度计;材料:纸张、铅笔、手触计。
三、实验原理声速是指声波在某一介质中的传播速度。
声速的大小受介质密度、温度等因素的影响,一般情况下在20℃时,空气中声速为340 m/s。
测量声速有直接法和间接法两种方法,直接法是测量脉冲波、连续波、单色波的传播时间或基频波长和频率来得到声速。
间接法是利用已知物理量来计算未知物理量,通过测量声波传播时间和距离,就可以利用间接法测量声速。
四、实验步骤1. 首先将信号发生器的频率调至5000 Hz,振幅调为最大,连接麦克风。
2. 用麦克风发出声波,让声波穿过五折射声束盒的一路平板玻璃,打在离麦克风小约100cm远的另一面平板玻璃上。
3. 用手触计在玻璃平板上找出接收点和发射点,记录其距离为L。
再用干度计测得室温为20℃,加压气压计得到大气压力P。
4. 用数字多功能存储示波器测量声波经过的时间t,时间由麦克风对声波的接收时间和显示仪示出的延迟时间之和得到。
5. 根据公式v=2L/t求得声速v。
五、实验注意事项1. 测量距离时要用手触计精确定位接收点和发射点。
2. 为了减少误差,要多次进行测量,取平均值。
3. 保证实验室内温度和气压稳定,以减少测量误差。
六、实验结果与分析在实验中,测得声波传播时间t为0.005s,距离L为1.02m,气压P 为101.3kPa,温度为20℃,代入公式v=2L/t,可得声速v=408m/s。
与空气中常温下理论值340m/s相差约20%。
实验误差来源主要有以下几个方面:1. 手触计数据读取误差。
2. 实验室内空气流动和温度变化。
3. 数据处理时的计算误差。
4. 实验器材误差。
七、实验结论本实验成功测得了声波在空气中的传播速度,并通过分析异常误差的原因,提出了相应的纠正措施。
第四实验__用相位法测声速

实验四用相位法测声速一、实验目的1.、学习用相位法测量空气中的声速。
2.、了解空气中的声速与温度的关系。
3、提高声学、电磁学等不同类型仪器的综合使用能力。
4、了解换能器的原理及工作方式。
二、实验仪器综合声速测定仪、综合声速测定仪信号源、双综示波器。
三、实验原理测量声速一般的方法是在给定声音信号的频率f 情况下,测量声信号的波长λ,由公式v fλ=,计算出声速v。
相位法测量声速的原理。
由信号源产生的一正弦波信号,一方面由“示波器”端钮将信号送入示波器的“CH1(X轴)”,另一方面由“换能器”端钮将信号送入综合测定仪的“S1”,再传送到“S2”,然后送入示波器的“CH2(Y轴)”。
在示波器上将显示出两个频率相等、振动方向相互垂直、位相差恒定的利萨如图形。
由于两信号到达时间不同(或存在有波程差)而产生相位差。
2Lϕπλ=相位差不同,利萨如图形也不同。
如1sin()X A tωϕ=+2sin()Y A tωϕ=+两者相位相同或相位差为2π的整数倍,合成为一条直线。
如果两者相位差为2π的奇数倍,即1sin()2X A t πωϕ=++2sin()Y A tωϕ=+合成后的利萨如图形为椭圆。
可见利萨如图形随相位差的变化而改变。
当连续移S2,以增大S1与S2之间的距离时L,利萨如图从直线到椭圆再到直线变化,如图2所示。
当L改变一个波长时,两信号的相位差改变2π,图形就重复变化。
这样就可以测量出波长的长度。
四、实验步骤1、按图1接线,将换能器间距离调整到约50mm。
信号源输出频率为0f,大约为36000ZH。
2、打开示波器电源,预热5分钟,待出现一条绿色的水平线。
将开关置于“CH1”,显示X方向的正弦波形,然后将开关置于”CH2”,显示Y方向的波形。
应使两者的幅度大致相等。
幅度不应过大。
3、将示波器的旋钮旋到X Y↔位置,示波器出现“椭圆”图形。
将图形调至中间。
旋转声速测定仪上的手轮,看图形的变化规律,看是否是从左到右再从右到左变化。
测量声速的实验方法

测量声速的实验方法声速是指声波在介质中传播的速度,通常以米/秒(m/s)作为单位。
测量声速是物理学实验中的常见内容,可以通过不同的实验方法来进行。
一、利用共鸣法测量声速共鸣法是一种常用于测量声速的方法。
其基本原理是通过利用共振现象,使得声波在一定条件下得到放大和增强。
实验器材:1. 共鸣管2. 音叉3. 示波器4. 电源5. 信号发生器实验步骤:1. 将共鸣管调整至合适的长度,并固定在支架上。
2. 将音叉固定在共鸣管的一端,并用信号发生器激发音叉。
3. 缓慢改变共鸣管的长度,当共鸣管的长度与声波的半波长相等时,共振现象会发生。
4. 通过示波器观察到最大的振幅时,记录下此时的共鸣管长度。
5. 根据测得的声波半波长和频率,可以计算出声速。
二、利用回声测量法测量声速回声测量法是一种通过测量声音从源头到达反射物再返回的时间来计算声速的方法。
实验器材:1. 音源,如手掌或者敲击棒2. 计时器或者秒表3. 水平墙面或者其他反射物体4. 测量标尺实验步骤:1. 在实验室中选择一个相对静音的环境。
2. 将音源靠近墙面,并使其产生一个较大的声音。
可以通过敲击墙面或者用手掌拍击的方式产生声音。
3. 同时开始计时,在听到回声的那一刻停止计时。
4. 测量声音源距离墙面的距离。
5. 重复实验多次,取平均值。
6. 根据声音源到墙面的距离和回声延迟的时间,可以计算出声速。
三、利用频率和波长的关系测量声速声速与声波的频率和波长有一定的关系,可以通过测量声波的频率和波长来计算声速。
实验器材:1. 频率计2. 波长测量器实验步骤:1. 使用频率计测量声波的频率。
2. 使用波长测量器测量声波的波长。
3. 根据声波的频率和波长,使用以下公式计算声速:声速=频率×波长。
需要注意的是,在进行实验测量时,应确保实验环境相对安静,以减少外界干扰对实验结果的影响。
同时,在进行测量时应重复实验多次,并取平均值,以提高测量结果的准确性。
综上所述,通过共鸣法、回声测量法以及利用频率和波长的关系等实验方法,我们可以准确测量声速。
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实验四 声速的测量声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。
声速是描述声波在媒质中传播特性的一个重要物理量。
它的测量方法可分为两类:第一类方法是根据关系式t L v /=,测出传播距离L 和所需的时间t 后,即可算出声速v ;第二类方法是利用关系式λf v =,测量出声波的频率f 和波长λ,即可算出声速v 。
本实验采用的时差法,属于第一类方法;驻波法(共振干涉法)、相位比较法属于第二类方法。
实验目的1. 了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成等理论知识的理解;2. 熟悉示波器及信号源的功能和使用方法;3. 用驻波法、相位法、时差法测量声波在空气中传播的速度。
实验仪器声速测定实验仪、双踪示波器实验原理在同一媒质中,声速基本与频率无关,例如在空气中,频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。
本实验的信号源采用超声波信号。
超声波是一种频率大于2万赫兹的机械波。
由于超声波具有波长短,易于定向发射等优点,我们通过测量超声波的速度来测定声速。
超声波在医学诊断、无损检测、测距等方面都有广泛的应用。
1. 压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器由压电陶瓷环片和轻重不同的两种金属块组成,压电陶瓷环片是一种多晶体(钛酸钡,锆钛酸铅等)结构的压电材料制成。
在压电陶瓷片的前后表面粘贴上两块金属组成的夹心型振子,就构成了换能器。
在压电陶瓷环片的两底面上加上正弦交变电压,它就会按正弦规律发生纵向长度伸缩,并向空气中发出超声波。
每个换能器都有其固有的谐振频率,换能器只有在其谐振频率时才能有效的发射(或接收)。
实验时用一个换能器作为发射器,另一个作为接收器,两换能器的表面相互平行,且谐振频率匹配。
2. 驻波法测声速平面波以某一频率在介质中沿一直线传播,若遇到表面与波面严格平行的障碍物,在其界面以相同的频率、振幅、振动方向、沿同一直线反射回去,这样反射波与入射波就在相遇空间产生干涉,形成驻波。
驻波某些点的振动始终加强,其振幅最大的点称为波腹;振幅最小的点称为波节。
相邻两波节或波腹之间的距离等于半波长。
波在发生反射的界面处是形成波节还是波腹,与两种介质的密度有关。
如果波的反射是从较密的介质反射到较疏的介质,则在反射处形成波节,反之形成波腹。
在压电陶瓷换能器的反射端将电信号转换为声信号,是声波的波源;接收端根据压电效应,它把接收到的声波转化为电信号,且在接受声波的同时反射部分声波。
发射端、接收端的端面相向且严格平行,改变发射与接收端之间的距离,当其为半波长的整数倍时,介质中出现稳定的驻波现象。
设某时刻两端面之间的距离L =2λn (,3,2,1=n …),发射端所发出的声波向接收端传播,且在接收端的端面发生反射,于是声波在两端面形成驻波,反射面处是驻波的波节,声压最大;若端面间的距离L ≠2λn ,则不能形成驻波,未形成驻波时,接收处的端面声压较小。
故从接收面处声压的变化来判断驻波是否形成。
设当两端面之间的距离为时,有21λnL = (1)此时两端面形成驻波,反射端面处是波节,声压最大。
改变两端面之间的距离,反射端面的声压减小,直到两端面间的距离改变到L 2时,有2)1(2λ+=n L (2)反射端处的声压又达到最大,从(1)、(2)式可得122L L -=λ (3)再从声速测定仪上读出声波的频率f ,利用λf v =即可算出声速v 。
声速在弹性介质中传播的速度不仅由介质的物理性质决定,而且还与温度有密切的关系。
声波在理想气体中的传播速度为μγRT v =(4)式中R 为摩尔气体常数(314.8=R J·mol 1-·K1-);μ为相对分子质量;v C C γγ=是气体摩尔定压热容与定容热容之比;T 是热力学温度。
显然有 15.273115.273115.273)15.273(0t v t R R t RT v +=+=+==μγμγμγ (5)式中45.3310=v m/s ,它是在00C 时,声波在空气中传播的速度;t 是摄氏温度。
由(5)式即可算出任意温度t 时,声波在空气中传播的速度。
3. 相位比较法测声速如图1所示,当声波沿OX 轴传播时,X 轴上各点的相位均落后于声源O 。
设O 点的振动方程为)c o s (00ϕω+=t A y (6) 则任意一点B 的振动方程为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛-=ϕω0cos v l t A y (7) 式中v 是声波的传播速度,l 是B 点的坐标(O 、B 两点的距离)B 点与O 点的相位差为△λπωϕlv l 2== (8)当2λnl =时,△πϕn =(其中,,,,3210=n …) (9)λ。
实验时,改变发射端与接收端之间的距离,观察相位的变化,即可确定半波长2/显然每改变半个波长,相位差就变化π。
相位差的变化可通过示波器来观察。
随着两振动的相位差从0→π的变化,图形从斜率为正的直线变为椭圆再变到斜率为负的直线。
选择判断比较灵敏的李萨如图形为直线的位置为测量的起点,每移动半个波长就会重复出现斜率符号相反的直线。
总之,当发射端与接收端之间的距离符合(9)式时,在示波器上就会出现一条通过原点的直线,该直线视n为奇数或者是偶数而分别位于二、四象限或者一、三象限。
实验如果以位于一、三象限的直线作λ。
为标记开始,则在二、四象限出现直线时,振动传播的距离即为2/4. 时差法测量声速以脉冲调制正弦信号输入到发射端,使其发出脉冲声波,经过时间t后到达距离L处的接收端。
接收端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,接收端的信号作衰减振荡,如图2所示。
t可从示波器上读出。
实验者测出L后,即可由=算出声速。
v/Lt实验内容与步骤1. 超声实验装置、声速测定仪信号源及双踪示波器之间的连接如下:信号源面板上的超声发射端口接至测试架左侧的发射换能器;信号源面板上的超声接收端口接到测试架右侧的接收换能器上。
信号源面板上的发射监测端口接至双踪示波器的CH1(Y1通道),用于观察发射波形;信号源面板上的接收监测端口接至双踪示波器的CH2(Y2通道)或者X通道(相位法的接法),用于观察接收波形。
2. 测定压电陶瓷换能器的最佳工作点只有当发射面与接收面保持平行时才能有较好的接收效果。
为了得到较清晰的接收波形,应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器谐振频率时,才能较好的进行声能和电能的相互转换,以得到较好的实验效果。
按照换能器谐振频率估计示波器的扫描时基t/div,并进行调节,使在示波器上获得稳定的波形。
超声换能器工作状态的调节方法如下:仪器预热15分钟并正常工作后,首先调节声速测试仪信号源输出电压(10~15V之间),调整信号频率(在30~45kHz),观察频率调整时接收波的电压幅度变化,在某一频率点处(34.5kHz~37.5kHz之间)电压幅度最大,此频率即是压电换能器发射端、接收端相匹配的频率点,记录频率f,改变发射端与接收端的距离,适当选择位置,重复调节,再次测定工作频率,共测5次,取平均频率f。
3. 用干涉法(驻波法)测量空气中的声速按前面的要求完成系统的连接与调试,并保持在实验过程中不改变调谐频率。
信号源选择连续波(Sine -Wave )模式,通过上述实验步骤以后,观察示波器,找到接收波形的最大值。
然后转动距离调节鼓轮,这时波形的幅度会发生变化,记录幅度为最大时的距离L ,距离在机械刻度上读出,再向前或者向后(必须是一个方向)移动距离,当接收波经变小后再到最大时,记录下此时的距离。
直到记录10个数据为止。
用逐差法计算平均波长,计算平均频率,求出声速,并计算声速的不确定度。
4. 用相位比较法测量空气中的声速按前面1.、2.的要求完成系统的连接与调谐,并保持在实验过程中不改变调谐频率。
信号源选择连续波(Sine -Wave )模式,将示波器设定X —Y 工作状态。
将信号源的发射监测输出信号接到示波器的X 输入端,接收监测输出信号接到示波器的Y 输入端,调节示波器,使屏幕上显示出椭圆或斜直线的李萨如图形。
转动距离调节鼓轮,示波器显示斜直线,记录此时的距离L 。
继续转动鼓轮,观察示波器,逐一记录直线斜率符号改变时的距离。
共记录10个数据,求出波长。
最后求出声速的实验值及不确定度。
5. 用时差法测量空气中的声速按前面1.、2.的要求完成系统的连接与调谐,并保持在实验过程中不改变调谐频率。
信号源选择脉冲波的工作方式,记录发射端与接收端之间的距离L 并从示波器上记录时差。
摇动鼓轮使发射端与接收端之间的距离每变化20mm 记录一下距离L 与时差读数,共记录10个的读数。
最后求出声速的实验值及不确定度。
实验数据记录及处理1. 干涉法数据记录及处理表1由求声速公式推导出声速测量不确定度的公式:222])([])([])([])([)(ff u LL u ff u u vv u +=+=λλ实验结果表达式: )(v u v v ±= 2. 相位比较法的数据记录及处理表格、数据处理与干涉法测量声速的表格、数据处理公式相同。
3. 时差法的数据记录及处理表2由求声速公式推导出声速测量不确定度的公式:22])([])([)(tt u LL u vv u +=实验结果表达式同前面2。
注意事项1. 在没有掌握仪器的使用方法之前,切勿乱调各种旋钮,以免损坏仪器;2. 注意信号源不要短路,以防烧坏仪器;3. 调节各仪器的旋钮时不能用力过猛。
思考题:1. 为什么在实验过程中改变L 时,压电陶瓷换能器的发射面与接收面保持相互平行?不平行会产生什么问题?2. 用相位比较法测波长时,为什么要在示波器上出现直线图形时记录数据?。