声速的测定
测量声速的方法及原理
测量声速的两种比较常用的方法及其原理：
直接法：直接法是通过测量声波在空气中传播的时间和距离来计算声速。
在实验中，通常使用一个特制的装置，通过发射声波和接收声波的方式测量声波在空气中的传播时间和距离。
具体的操作流程如下：
（1）发射声波，然后开始计时。
（2）当声波到达接收器时，停止计时。
（3）记录声波的传播距离和时间。
（4）根据公式v=d/t 计算声速，其中v 为声速，d 为声波传播距离，t 为声波传播时间。
共振法：共振法是利用管道或者容器的谐振特性来测量声速。
在实验中，使用一个特制的装置，通过调整管道或容器的长度和调整共振频率来测量声速。
具体的操作流程如下：
（1）在一个固定的频率下，调整管道或容器的长度，使得共振现象出现。
（2）测量共振频率，记录管道或容器的长度。
（3）根据公式v=fλ计算声速，其中v 为声速，f 为共振频率，λ为共振波长。
这两种方法测量声速的原理都是基于声波在介质中传播的速度和特性来实现的。
声波在空气中传播的速度取决于空气温度、压力和湿度等因素，因此在实验中，需要考虑这些因素的影响并进行校正，以确保测量结果的准确性。
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用以下几种方法：
1. 直接测量法：通过在已知距离上进行声波传播的时间测量来计算声速。
这可以通过发送一个声波脉冲，并使用计时器来测量声波传播的时间来实现。
2. 声波干涉法：利用声波传播时产生的干涉现象来测量声速。
这可以通过发送两个或多个声波脉冲，观察干涉图案并测量干涉条纹的移动速度来实现。
3. 声波共振法：利用共振现象来测量声速。
这可以通过在管道内产生声波，并调节频率直到管道共振的状态，然后测量共振频率来实现。
4. 超声波测量法：利用超声波在介质中传播的特性来测量声速。
这可以通过发送超声波脉冲，并测量其在介质中传播的时间来实现。
5. 光学测量法：采用光学技术测量介质中声波传播的速度。
这可以通过使用激光干涉仪或其他光学仪器来实现。
总的来说，不同的测量方法适用于不同的场景和需求。
选用合适的方法可以提高测量的准确性和可靠性。
声速的测定
实验十三声速的测定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基本物理量，它的测量方法可分为两类；第一类方法是根据关系式V=L/t，测出传播距离L和所需时间t 后，即可算出声速V；第二类方法是利用关系式V=fλ，从测量其频率f和波长λ来算出声速V。
本实验所采用的共振干涉法和相位比较法属于后者，时差法则属于前者。
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是比较方便的。
通常利用压电陶瓷换能器来进行超声波的发射和接收。
一、实验目的1．学会用驻波共振法和位相比较法测定超声波在空气中的传播速度。
2．进一步学习使用示波器和信号发生器。
3．加强对驻波及振动合成等理论的理解。
二、实验仪器声速测定仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象，测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。
1．声速测定仪图1 声速测试架外型示意图2．仪器配套性表1 超声速测量实验仪器配套性表声速测定仪1台双踪示波器1台信号发生器1台信号连接线3根三、实验原理1．超声波与压电陶瓷换能器- 1 -- 2 -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2 纵向换能器的结构简图压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。
声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。
图7-2为纵向换能器的结构简图。
2．驻波共振法测定声速假设在无限声场中，仅有一个点声源S 1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器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11cos(2/)A t x ξωπλ=+。
大物实验报告声速的测定
大物实验报告声速的测定篇一：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：vf(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S1和S2为压电晶体换能器，S1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；S2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。
当S1和S2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×，n=0，1，2， (3)2λ时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2nπ(n=1，2 ……)，因此形成共振。
因为接收器S2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λ/2，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S2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。
声速测定实验报告总结
一、实验目的1. 通过实验了解声速测定的原理和方法。
2. 掌握使用不同方法测量声速的步骤和技巧。
3. 分析实验结果，验证声速与介质参数的关系。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小与介质的性质有关。
在固体、液体和气体中，声速的传播速度不同。
声速的测定方法主要有共振干涉法、相位比较法、时差法等。
三、实验器材1. 声波发生器2. 声波接收器3. 低频信号发生器4. 示波器5. 量筒6. 温度计7. 计时器四、实验步骤1. 共振干涉法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。
（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。
（3）观察示波器，调整声波接收器的位置，使示波器显示的波形出现明显的干涉条纹。
（4）记录此时声波接收器与声波发生器之间的距离，即为声波的波长。
（5）根据声波的频率和波长，计算声速。
2. 相位比较法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。
（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。
（3）观察示波器，调整声波接收器的位置，使示波器显示的波形相位差为π/2。
（4）记录此时声波接收器与声波发生器之间的距离，即为声波的波长。
（5）根据声波的频率和波长，计算声速。
3. 时差法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。
（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。
（3）记录声波发生器发出声波的时刻，并观察声波接收器接收声波的时刻。
（4）根据声波传播的时间，计算声速。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）共振干涉法：声波频率为f1，波长为λ1，声速为v1。
（2）相位比较法：声波频率为f2，波长为λ2，声速为v2。
（3）时差法：声波频率为f3，声波传播时间为t3，声速为v3。
2. 实验结果分析（1）共振干涉法与相位比较法得到的声速值较为接近，说明这两种方法均能较好地测量声速。
声速的测量实验方法与结果分析
声速的测量实验方法与结果分析声速是指声波在单位时间内传播的距离，它是声波传播速度的重要指标。
准确地测量声速对于物理实验和工程应用来说具有重要意义。
本文将介绍声速的测量实验方法，并对实验结果进行分析。
一、实验方法声速的测量实验可以采用多种方法，本文主要介绍了两种常用的方法：直接测量法和间接测量法。
1. 直接测量法直接测量法是通过测量声波从一个点传播到另一个点所需的时间，并计算出声速。
其中，常用的实验装置有声速仪、示波器、计时器等。
实验步骤如下：（1）在实验室中选择合适的测距点，并将两点之间的距离测量出来。
（2）在起点处发出一个短脉冲声波，并记录下发出声波的时间。
（3）在终点处接收到声波后，记录下接收到声波的时间。
（4）根据记录的时间数据和测距点之间的距离，计算出声速。
2. 间接测量法间接测量法是通过测量其他与声速有关的参数，推导得出声速的方法。
常用的方法有共振法和频率法。
（1）共振法利用管道或空气柱中的共振现象来测量声速。
实验步骤如下：a. 在管道中通过一个声源发出一定频率的声波。
b. 调整频率，使得管道内产生共振现象。
c. 根据共振频率和管道长度计算声速。
（2）频率法利用声波在不同介质中传播的频率关系来推导声速。
实验步骤如下：a. 在一个介质中发出一定频率的声波，记录下波长和频率。
b. 更换介质，再次记录波长和频率。
c. 利用频率和波长的关系，计算出声速。
二、结果分析进行声速测量实验后，我们需要对实验结果进行分析和讨论。
一般情况下，实验结果会与理论值存在一定的误差。
误差分析：声速的测量误差主要来自于实验仪器的精度、实验环境的影响以及实验操作中的人为误差等。
在实验中，我们可以通过多次测量并取平均值的方法来减小误差。
结果验证：进行声速测量实验后，我们可以将实验结果与已知的标准值进行比较，以验证实验的准确性。
如果实验结果与标准值相差较大，我们需要重新检查实验操作或者修改实验方案。
应用与意义：声速作为声波传播速度的重要指标，广泛应用于声学、物理学以及工程领域。
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、学习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、驻波法声波在介质中传播时，入射波和反射波相互叠加形成驻波。
在驻波中，相邻两个波腹（或波节）之间的距离为半波长。
通过测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，就可以计算出声波的波长，再结合声波的频率，即可求出声速。
2、相位法利用两个同频率、振动方向相同但存在相位差的声波，通过测量它们的相位差来计算声波的波长，从而求得声速。
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）连接好实验仪器，将信号发生器的输出信号接入声速测量仪的发射端，示波器的输入通道分别连接声速测量仪的接收端和信号发生器的同步输出端。
（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。
（3）缓慢移动声速测量仪的接收端，观察示波器上波形的变化，找到相邻的波腹（或波节），记录下接收端的位置。
（4）重复测量多次，求出相邻波腹（或波节）之间的平均距离，即为半波长。
2、相位法（1）按照驻波法的连接方式连接好实验仪器。
（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出两个同频率、振动方向相同但存在相位差的正弦波。
（3）通过示波器上的李萨如图形，测量两个声波的相位差。
（4）根据相位差和声波的频率计算出声波的波长。
五、实验数据记录与处理1、驻波法｜测量次数｜相邻波腹（或波节）之间的距离（mm）｜｜｜｜｜ 1 ｜＿___ ｜｜ 2 ｜＿___ ｜｜ 3 ｜＿___ ｜｜ 4 ｜＿___ ｜｜ 5 ｜＿___ ｜平均值：＿___已知信号发生器的频率 f ＝＿___ Hz，根据波长λ ＝ 2×平均值，计算出声波的波长λ ＝＿___ 。
声速 v ＝λ×f ＝＿___ 。
2、相位法｜测量次数｜相位差（度）｜｜｜｜｜ 1 ｜＿___ ｜｜ 2 ｜＿___ ｜｜ 3 ｜＿___ ｜｜ 4 ｜＿___ ｜｜ 5 ｜＿___ ｜平均值：＿___已知信号发生器的频率 f ＝＿___ Hz，根据波长λ ＝ 360°／（平均值×2π）×λ，计算出声波的波长λ ＝＿___ 。
声速的测定(用共鸣管
声速的测定(用共鸣管
声速的测定可以用共鸣管来实现。
共鸣管是一种管形谐振器，当管内空气某种频率的声波的波长与管长相等时，会产生共振现象。
这时，共鸣管内空气振动幅度增大，声压级也随之增强。
因此，通过测量这种共鸣频率，就可以计算出空气中声速的大小。
步骤如下：
1. 将共鸣管按照要求调整为需要的长度。
一般情况下，会先用塞子塞住一个端口，用另一个口吹气，并调整管的长度，使其开始发出共振声。
2. 使用频率计测量共振频率。
共振频率即为空气中声波的频率，也就是空气中的声速。
3. 计算声速。
根据空气中声速的计算公式：v=λf，其中 v 为声速，λ 为波长，f 为频率。
根据共振管的大小可以计算出共振
频率，因此波长就可以计算出来。
将求得的波长代入公式中，便可得出声速的大小。
需要注意的是，在实验中需要排除其他因素对共振现象的影响，比如管子内的温度、管子直径、口音强度等等。
此外，在进行测量的时候，也需要保证环境的安静和稳定，以确保共振声的产生和测量的准确性。
声速的测定实验报告
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。
声速的测定方法有几种类型
声速的测定方法有几种类型
声速的测定方法有三种类型：
1. 声源与接收器之间的时间差法：通过测量声波从声源到达接收器所需的时间来确定声速。
常用的方法包括测量声音在空气中传播的时间差、测量声音在水中传播的时间差等。
2. 驻波法：通过测量声波在管道、共鸣腔或其他特定空间中形成的驻波的频率和波长，再结合空气温度等参数，计算声速。
这种方法可以用于测量气体和液体中的声速。
3. 多普勒效应法：通过测量声波在运动介质中传播时的频率变化来确定声速。
当声源和接收器相对运动时，传播的声波频率会产生变化，根据这个频率变化可以计算声速。
这种方法常用于测量空气中的声速，例如测量飞机的速度。
声速的测定
声速的测定引言声速是指声波在介质中传播的速度，是介质中分子振动传递的速度。
测定声速的方法有很多种，本文将介绍几种常见的方法：直接法、回声法和干涉法。
直接法直接法是通过测量声波在空气中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和一个接收装置，并将它们放置在一定距离的位置上。
2.发声装置发出一个特定频率的声音，接收装置接收到声音后记录接收到声音的时间。
3.根据传播的距离和时间计算出声速。
直接法的优点是操作简单，缺点是受环境因素的影响比较大。
回声法回声法是通过测量声波在空气中的来回传播时间来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和一个接收装置，并将它们放置在一定距离的位置上。
2.发声装置发出一个特定频率的短脉冲声波，接收装置接收到声波后记录接收到声波的时间。
3.根据声波的来回传播时间和传播距离计算出声速。
回声法的优点是准确性较高，缺点是操作稍微复杂一些。
干涉法干涉法是通过测量声波传播的距离和声波的相位差来计算声速。
具体步骤如下：1.准备一个发声装置和两个接收装置，并将它们按照一定距离放置。
2.发声装置发出一个特定频率的声波，接收装置接收到声波后记录下接收到声波的时间和相位差。
3.根据声波传播的距离、相位差和频率计算出声速。
干涉法的优点是测量精确度较高，缺点是需要精确测量声波的相位差。
结论通过直接法、回声法和干涉法这三种方法，我们可以测定声速。
不同的方法有不同的适用范围和要求，需要根据具体实验的情况选择合适的方法。
无论选择哪种方法，准确测定声速是研究声学和工程领域的重要基础工作。
参考文献1.张三, 李四. (2000).。
声速的测定
声速的测定一、实验描述声波是一种在弹性介质内传播的纵波。
声速是描述声波传播快慢的物理量，对声速的测量，尤其是对超声声速的测量时声学技术中的重要内容，在医学、测距等方面都有重要的意义。
二、实验目的（1）学会用位相法测声速。
（2）利用李萨茹图形测位相差。
（3）学会用共振法测量声速。
三、实验原理图11、位相法测声速实验装置如图1所示，S1,S2为两个压电晶体换能器，一个用来发射声波，一个用来接受声波。
假设以S1发出的超声波经过一段时间传到S2，S1和S2之间的距离为L ，那么，S1和S2处的声位相差为φ=2πL/λ,如果L=n λ（n 为正整数），则φ=2n π，若能测出位相差φ，便可得到波长，再用频率计测出波源的频率，则声速c 便可求得。
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：+=wt A x cos(1φ)1则Y 轴接收到的的S2波形的振动方程为：+=wt A y cos(2φ)2合成的振动方程为：cos(221222212A A xy A y A x -+φ-2φ(sin )21= φ-2φ)1 此方程的轨迹为椭圆椭圆长短轴由相位差（φ-2φ)1决定。
位相差为φ=0时，轨迹为在一、三象限的直线,如图a ，若φ=π/2，则轨迹为椭圆，如图b ；若φ=π，轨迹为在二、四象限的直线段,如图c 。
因为φ=2πf cL L ∏=2λ（f 为超声波的频率） （公式1） 若S2离开S1的距离为L=S2-S1=λ/2,则φ=π/2，随着S2的移动，随之在0-π内变化，李萨茹图形也重复变化。
所以由图形的变化可求出φ，与这种图形重复变化的相应的S2的移动距离为λ/2，L 的长度可在一起上读出。
便可根据公式c=f λ求出声速。
2、共振法测声速由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，叠加的波可近似看作有驻波加行波的特征。
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。
声速的测定ppt课件
1 -20 0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
-40
-60
-40
-80
-60
干涉 发射 反射
干涉 发射 反射
结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为 2
实验方法 2．相位比较法
从S1发出的正弦波与S2收到的正弦波之间的相位差为 φ=ωt =2πf/v=2π l /λ
S1与S2之间变化一个波长λ，φ相位差变化，示波器上
点位移为波节的地方，声压为波腹。
在作为反射面的刚性平面处，空气质点的位移恒为零，声压恒为波
腹，其振幅为
p(l) 0va
sin kl
实验方法
当l改变时，刚性平面处声压振幅也改变，且
p(l ) p(l)
2
根据p(l)随l周期变化的原理，可求出半波长
按实验原理图将仪器接好，调整信号发生器的频率f （约
T0
P 气的饱和蒸汽压
实验装置
实验方法
1．共振干涉法
图中S1和S2，为压电陶瓷超声换能器，S1作为超声源(发 射)，低频信号发生器发出的正弦电压信号接到换能器后，即 能发出一平面声波。S2作为超声波的接收头，接收的声压转 换成电信号后输入示波器观察，S2在接收超声波的同时还反 射一部分超声波。
实验方法
所观察到的李萨如图随之变化一个周期。
实验方法
同时将信号源发射端接入示波器的X轴、反射端接入示波器 的Y轴，示波器采用X-Y扫描、这时示波器将显示一椭圆或 直线。
当移动接收换能器时将会发现：不仅椭圆的幅值大小会随发 射－接收的距离l发生变化，而且椭圆的相位亦发生变化。
利用李萨如图形找出同相（Φ=0）或反相（Φ=）时椭圆退 化为右斜或左斜直线，调整接收器的位置，注意屏幕上出现 的椭圆相位（例如Φ=0或Φ=），继续移动接收换能器、直 到椭圆或直线的相位完全重复上述椭圆或直线的相位、这时 所移动距离恰好为一个波长，为使测量值更加准确，可多移 动几个波长。采用逐差法处理数据。
测定声速的实验方法与步骤解析
测定声速的实验方法与步骤解析声速是指声音在单位时间内在介质中传播的距离，也可以理解为声音传播的速度。
测定声速的实验方法有多种，以下将为您详细解析几种常见的实验方法和步骤。
一、空气中1. 实验仪器和材料准备：- 示波器：用于显示声波信号的频率和振幅。
- 扬声器：用于发出声波信号。
- 音叉：用于产生稳定的振动频率。
- 直尺：用于测量距离。
- 火柴棒或其他装置：用于产生声波的初始信号。
2. 实验步骤：a. 将示波器接入扬声器，并将其连接到电源。
b. 将音叉固定在相对稳定的表面上。
c. 通过击打音叉来产生声波的初始信号。
d. 用直尺测量从音叉到示波器的距离，并记录下来。
e. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
f. 测量声波从音叉传递到示波器的时间，并计算出声速。
二、水中1. 实验仪器和材料准备：- 振动源：如音叉或声波发生器。
- 容器：用于内部存放水的容器。
- 测距工具：如直尺或测距仪。
- 示波器：用于测量声波信号的振幅和频率。
2. 实验步骤：a. 将容器填满水，以确保声波传播的介质为水。
b. 将振动源放入容器中，使其悬浮在水中。
c. 利用振动源激发出声波信号。
d. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
e. 使用直尺或测距仪测量从振动源到示波器之间的距离，并记录下来。
f. 根据声波传播距离和时间，计算出水中的声速。
三、固体中1. 实验仪器和材料准备：- 锤子或敲击器：用于产生声波信号。
- 传感器：用于接收声波信号并将其转化为电信号。
- 示波器：用于显示声波信号的频率和振幅。
- 计时器：用于测量声波传播时间。
- 直尺：用于测量传播距离。
2. 实验步骤：a. 将传感器与示波器相连，并将其连接到电源。
b. 保持敲击器与传感器之间的恒定距离。
c. 用敲击器在固体表面上产生声波信号。
d. 在示波器上观察声波信号的振幅与频率，并记录下来。
e. 使用直尺测量声波传播的距离，并记录下来。
f. 使用计时器测量声波从敲击器传播到传感器的时间，并计算出固体中的声速。
声速的测量方法
声速的测量方法嘿，你问声速的测量方法呀？那咱就来唠唠。
一种常见的方法呢，就是用回声测量。
找个大一点的空房间，或者去山谷啥的地方。
你站在一个地方，大声喊一嗓子“喂”啥的。
然后就听那个回声。
你得拿个秒表，从你喊出声开始计时，等听到回声的时候停下计时。
这中间的时间差就是声音跑了一个来回的时间。
然后你知道你到对面墙或者山谷那的距离，用这个距离乘以二，再除以时间差，得出来的就是声速啦。
还有一种方法是用超声波。
有那种专门的超声波仪器，这玩意儿可高级了。
它能发出超声波，然后接收反射回来的超声波。
就跟回声一个道理，不过这个更精确。
通过仪器上显示的时间和距离，也能算出声速来。
再说说用驻波法。
这个稍微有点复杂。
找个长长的管子，比如金属管啥的。
在管子的一端弄个声源，发出特定频率的声音。
声音在管子里传播，会反射回来形成驻波。
然后通过调整声音的频率，找到那些驻波的节点。
根据管子的长度和声音的频率，就能算出声速了。
我给你讲个我自己瞎琢磨声速的事儿吧。
有一次我在一个大操场上，突发奇想测测声速。
我就找了个小伙伴，我俩站得远远的。
我喊一声，他看着表。
结果第一次没配合好，他反应慢了。
又试了好几次，才勉强算出个大概的时间。
然后我们用脚步大概量了一下距离。
算出来的声速肯定不太准，但也让我们兴奋了好一会儿呢。
所以啊，测量声速的方法有不少呢。
你要是有兴趣，可以自己试试，说不定能发现更有趣的方法。
加油吧！。
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。
声速的测定
声速的测定声波是一种在弹性介质中传播的机械波. 在气体中, 声波振动的方向和传播方向一致, 因此声波是横波. 频率在20Hz ~20kHz的声波可以被人听到, 成为可闻声波；频率低于20Hz的声波称为次声波；频率高于20kHz的声波称为超声波, 不能被人耳听到.声波的传播与介质的特性和状态等因素有关. 在声学应用技术中, 需要了解声波的频率、波速、波长、声压、衰减等特性, 特别是声波波速（简称声速）的测量是声学技术中的重要内容, 特别是声速的测量, 在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的意义. 本实验测量超声波在空气中的传播速度, 是利用压电陶瓷换能技术测出在空气中的声波频率ν和波长λ, 利用两者关系计算声速.实验目的1．学习用电测法测量非电量的设计思想；2．掌握用驻波共振法和相位比较法测量空气中声速的原理和方法；3．掌握用逐差法处理数据.实验仪器SW-Ⅰ型声速测量仪；YB1631信号发生器；YB4328双踪示波器；Q9导线.图1 SW-Ⅰ型声速测量仪图2 YB1631信号发生器图3 YB4328双踪示波器实验原理超声波具有波长短、易于定向发射、不可闻等优点, 所以本实验对超声波进行测量.将信号源发出的超声频率的电信号加在压电陶瓷换能器上, 换能器产生机械振动, 由平面发射出超声波. 放置在一定远处的另一个换能器接收到超声波后, 又会将机械振动转换成电压信号. 从而利用换能器之间形成的驻波及其规律, 或由信号源输出的电信号和换能器输出的电信号合成规律即可测出声波波长, 进而计算出声速.本实验测量声速的基本公式是λν=v其中ν为声波的频率，即驱动电压的频率, 可以从信号源直接读取, 而波长λ的测量要复杂一些. 本实验主要任务是测量波长, 可用两种方法进行测量.1．驻波共振法实验原理如图4所示（仅观察CH1的信号）. S 1和S 2为压电换能器, 由于压电换能器发出的超声波近似于平面声波, 当接收器端面垂直于波的传播方向时, 从接收端面反射的波与入射波迭加形成驻波. 当两个换能器之间的距离l 为半波长的整数倍时, 出现稳定的驻波共振现象. 此时, S 2处为驻波的“波节”处, 即为声压的“波腹”位置, 由换能器S 2输出的信号电压最大. 连续改变S 2的位置, 测量电压随l 的变化情况, 根据驻波理论, 相邻两次电压最大对应的距离就是半波长, 由此可以得到波长λ.图4 声速测量原理图2．相位比较法实验原理如图4所示（观察CH1和CH2的信号垂直叠加）. 波是振动状态的传播, 也可以说是位相的传播. 沿传播方向上的任何两点, 如果其振动状态相同, 即两点的位相差为2π的整数倍, 这时两点间的距离应等于波长λ的整数倍. 由于发射器发出的是近似于平面波的声波, 当接收器端面垂直于波的传播方向时, 其端面上各点都具有相同的位相. 沿传播方向移动接收器, 可以找到一些位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相, 相邻两次达到同相时, 接收器所移动的距离必然等于声波的波长.为了判断位相差并且测定波长, 可以利用李萨如图形, 如图5所示. 当这两信号同相或反相时, 李萨如图形由椭圆退化为向右或向左斜的直线, 利用李萨如图形形成斜直线来判断位相差最为敏锐. 沿波传播方向移动换能器S 2, 当相位差改变π时相应距离的改变量即为半个波长, 由此可以得到波长λ.0ϕ∆= 2ϕ∆=π/ ϕ∆=π 3/2ϕ∆=π 2ϕ∆=π图5 同频率相互垂直的正弦波合成的李萨茹图形实验内容1．观察驻波共振法测量波长时的实验现象；2．用相位比较法定量测量空气中声波波长（要求至少测量12组数据）, 用逐差法处理数据, 计算波长, 进一步计算声速及其不确定度, 表达实验结果；3．利用校准声速公式：v v=校p为水蒸气分压, 单位为mmHg；p为大气压（由气压计读出）, 式中t为室温, 单位为C；w单位为Pa.v, 与实验结果比较.计算校实验步骤1．熟悉各实验装置和仪器的使用方法, 按图4正确连接线路；2．调节信号发生器输出信号的频率（40kHz左右）, 达到与换能器谐振；3．调节示波器, 得到CH1通道上输入信号的波形, 连续移动换能器S2, 观察驻波共振的实验现象；4．调节示波器在X-Y工作方式下, 得到李萨茹图形, 连续移动换能器S2, 观察相位比较的实验现象. 移动换能器S2靠近S1（由近及远测量）, 从得到第一个斜线形李萨茹图形开始测量, 记录S2的位置坐标. 连续单方向移动S2, 每次得到相同的斜线形李萨茹图形时, 记录对应的位置坐标, 测量12组, 同时从信号发生器上记录对应的信号频率；5．实验操作结束, 整理实验仪器及场地.注意事项1．实验中要确保信号源与换能器的固有频率一致, 在谐振情况下进行测量；2．测量过程中, 移动换能器S2时要沿同一方向, 避免空程误差；3．读取位置坐标时, 要按有效数字的读取规则读到0. 001mm.思考题1．本实验中的换能器的作用是什么？2．为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测定？如何找到谐振频率？3．本实验中在两个换能器之间的驻波是如何形成的方程是如何得出的？为何换能器的面要互相平行？不平行会产生什么问题？4．在本实验中如果在示波器上出现重影, 你有什么办法消除？参考文献1．成正维. 大学物理实验. 北京: 高等教育出版社, 2002附录：数据记录及数据处理1．数据记录仪器示值误差限：ν∆仪=0. 01kHz ；x ∆仪=0. 01mm实验室温度：=t _________0C ；相对湿度___________；大气压：=p ___________Pa.表1 位相比较法测声速数据2．数据处理(1) 用逐差法计算x ∆；(2) 计算波长的最佳值λ及不确定度()u λ； (3) 计算频率的最佳值ν及不确定度()u ν； (4) 计算声速v 的最佳值及其不确定度()u v ； (5) 计算校v , 表达实验结果.。
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实验八声速的测定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基本物理量，它的测量方法可分为两类；第一类方法是根据关系式V=L/t，测出传播距离L和所需时间t 后，即可算出声速V；第二类方法是利用关系式V=fλ，从测量其频率f和波长λ来算出声速V。
本实验所采用的共振干涉法和相位比较法属于后者，时差法则属于前者。
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是比较方便的。
通常利用压电陶瓷换能器来进行超声波的发射和接收。
【实验目的】1．学会用驻波共振法和位相比较法测定超声波在空气中的传播速度。
2．进一步学习使用示波器和信号发生器。
3．加强对驻波及振动合成等理论的理解。
【实验原理】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。
压电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。
声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。
图7-1为纵向换能器的结构简图。
2．驻波共振法测定声速假设在无限声场中，仅有一个点声源S1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器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。
- 1 -- 2 -在上述假设条件下，发射波11cos(2/)A t x ξωπλ=+。
在S 2处产生反射，反射波22cos(2/)A t x ξωπλ=-，信号相位与ξ1相反，幅度A 2＜A 1。
ξ1与ξ2在反射平面相交叠加，合成波束ξ331212cos(2/)cos(2/)A t x A t x ξξξωπλωπλ=+=++-1221c o s(2/)c o s (2/)()c o s (2/)A t x A t x A At x ωπλωπλωπλ=++-+-- 1212cos(2/)cos ()cos(2/)A x t A A t x πλωωπλ=+--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(2/)x πλ呈周期变化的特性。
另外，由于反射波幅度小于发射波，合成波的幅度即使在波节处也不为0，而是按21()cos(2/)A A t x ωπλ--变化。
图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2/)x πλ变化的特征。
实验装置按图7-5所示，图中S 1和S 2为压电陶瓷换能器。
S 1作为声波发射器，它由信号源供给频率为数十千赫的交流电信号，由逆压电效应发出一平面超声波；而S 2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S 2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S 1和S 2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S 2处的振动情况。
移动S 2位置（即改变S 1和S 2之间的距离），从示波器显示上会发现，当S 2在某此位置时振幅有最大值。
根据波的干涉理论可以知道：任何二相邻的振幅最大值的位置之间（或二相邻的振幅最小值的位置之间）的距离均为λ/ 2。
为了测量声波的波长，可以在一边观察示波器上声压振幅值的同时，缓慢的改变S 1和S 2之间的距离。
示波器上就可以看到声振动幅值不断地由最大变到最小再变到最大，二相邻的振幅最大之间的距离为λ/2；S 2移动过的距离亦为λ/2。
超声换能器S 2至S 1之间的距离的改变可通过转动鼓轮来实现，而超声波的频率又可由声速测试仪信号源频率显示窗口直接读出。
在连续多次测量相隔半波长的S 2的位置变化及声波频率f以后，我们可运用测量数据计算- 3 -出声速，用逐差法处理测量的数据。
综合上述，由驻波共振理论及测量系统的边界条件可知，当接收器S 2与发射器S 1间距发生改变时，测量系统将建立一系列的驻波共振态，且对于每两个相邻的共振态，接收器S 2与发射器S 1间距的改变量为2λ。
本实验所采用的驻波共振法测量声速，应用了压电转换技术，将不易观测的声信号，转换为由示波器观测的电信号。
在该方法中，通过逐次逼近判断极大值的位置来确定波长。
3. 相位比较法测定声速由前述可知入射波ξ1与反射波ξ2叠加，形成波束：31212cos(2/)cos ()cos(2/)A x t A A t x ξπλωωπλ=+--相对于发射波束：11cos(2/)A t x ξωπλ=+来说，在经过△x 距离后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为θ= 2π △x /λ。
由此可见，在经过△x 距离后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为θ= 2π △x /λ，如图7-3所示。
因此能通过示波器，用李萨茹图法观察测出声波的波长。
综合上述，在波传播的方向上，任意两点间都存在有相位差，接收器S 2与发射器S 1间也存在有相位差，当接收器S 2与发射器S 1间距发生改变时，它们的相位差也随着改变，且有固定的关系，如当接收器S 2与发射器S 1间距改变一个波长λ时，它们的相位差改变2π。
本实验所采用的相位比较法测量声速，应用了压电转换技术，将不易观测的声信号，转换为由示波器观测的电信号。
在该方法中，通过观测李萨茹图形，判断接收器S 2与发射器S 1的相位差满足2π的位置来确定波长。
【实验仪器介绍】声速测定仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象，测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。
1．声速测定仪2．仪器配套性【实验内容】1.驻波共振法测量声速。
2.相位比较法测量声速。
【实验步骤及其要求】1．实验仪器连接及其调整图7-5 驻波法、相位法测量声速实验装置连接图（1）．按上述图连接仪器设备（驻波法连接）（2）．仪器调节：信号发生器：选正弦波（频率先调为40KHZ左右）示波器：驻波共振法：实现非X-Y状态的操作相位比较法：实现X-Y状态的操作声速测量仪：使S1和S2靠近，并留有一定间隙。
（3）．确定振动系统的共振频率（压电陶瓷谐振频率40f KHZ）。
将信号源输出频率调至40KHZ附近，缓慢移动S2，可在示波器上显示正弦波形的变化情况，当移到出现第一次振幅较- 4 -- 5 -大处时，固定S 2位置，再仔细调节信号源频率，使示波器所显正弦波形振幅达到最大，此时信号源所显频率值即为振动系统的共振频率f 值。
2．驻波共振法测量声速实验仪器连接（示波器实现非X-Y 状态）。
（1）．在共振频率条件下，缓慢移动S 2，当示波器显示屏上正弦波形振幅出现最大时，记录S 2对应的位置坐标1L 。
（2）．依次继续缓慢移动S 2，记录各次波形振幅出现最大时的S 2对应的位置坐标i L ，要求记录12组数据。
（3）．记录共振频率f 值和室温t 值。
驻波法测量声速实验数据记录表 （f= KHZ 介质温度t= ℃）3．相位比较法测量声速 （1）．实验装置连接进行微调（示波器实现X-Y 状态）。
（2）．在上述共振频率条件下，使S 2靠近S 1，二者间并留有一定间隙，此时示波器显示屏上显示适当的李萨茹图形。
（3）．缓慢移动S 2，当示波器显示屏上出现一条45的斜线形李萨茹图形时，记录此时S 2对应的位置坐标1L ，依次继续缓慢移动S 2，每次得到相同的45的斜线形李萨茹图形时，记录S 2对应的位置坐标i L ，要求记录12组数据。
（4）．记录室温t 值。
相位法测量声速实验数据记录表 （ f= KHZ 介质温度t= ℃）完成实验后应关闭各仪器的电源。
【数据处理】1．用逐差法处理实验数据并计算空气介质中共振干涉法和相位法测得的声波波长平均值λ。
2．按理论值公式0T Ts V V =，算出理论值V S 。
式中V 0=331.45m/s 为T 0=273.15K 时的声速，T=(t+273.15)K 。
或按经验公式V=（331.45+0.59t ）m/s ，计算V 。
t 为介质温度（℃）。
3．计算出通过二种方法测量的V 以及△V 值，其中△V=V-V S 。
将实验结果与理论值比较，计算百分误差。
分析误差产生的原因。
最终给出在室温为t ℃时，用驻波共振干涉法和相位比较法测得超声波在空气中的传播速度的结果。
【思考题】1．声速测量中驻波共振干涉法、相位比较法有何异同？2．声音在不同介质中传播有何区别？声速为什么会不同？【参考书目】[1] 成正维．大学物理实验．北京：高等教育出版社，2002．[2] 张兆奎等．大学物理实验．北京：高等教育出版社，1993．附录-1 简析三种测定声速的方法1.驻波共振法由测试架上发射换能器发射出的声波经介质传播到接收换能器时，在接收换能器表面（是一个平面）产生反射。
此时反射波与入射波在换能器表面叠加，叠加后的波形具有驻波特性。
从声波理论可知，当二个声波幅度相同，方向相反进行传播时，在它们的相交处进行声波干涉现象，出现驻波。
而声强在波幅处最小，在波节处最大。
所以调节接收换能器的位置，通过示波器看到的波形幅度也随位置的变化而出现起伏，因为是靠目测幅度的变化来知道它的波长，所以难以得到很精确的结果。
2.相位比较法声速在传播途中的各个点的相位是不同的，当发射点与接收点的距离变化时，二者的相位差也变化了。
通过示波器用李萨茹图法进行波长的测量。
与驻波法相同的是都是目测波形的变化来求它的波长，同样测量结果存在着一定的不确定性。
3.时差法在实际工程中，时差法测量声速得到广泛的应用。
时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T，通过在已知的距离内测声波传播的时间；从而计算出声波的传播速度，在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波，经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大，滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间，从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法，而由仪器本身来计测，所以其测量精度相对于前面两种方法要高。
同样在液体中传播时，由于只检测首先到达的声波的时间，而与其它回波无关，这样回波的影响比较小，因此测量的结果较为准确，所以工程中往往采用时差法来测量。
综上所述，通过分析三种测量方法，我们得出了用驻波法和相位法这两种方法测量声速，存在一定的视觉测量误差，建议学生带着比对、加深印象目的使用这三种方法进行测量声速，并对三种方法的优点、缺点进行比较。