声速的测定(精)
声速测定
声速的测定在弹性介质中，频率从20Hz 到20KHz 的振动所引起的机械波称为声波，高于20KHz 的波称为超声波，超声波的频率范围为4102⨯Hz ～8105⨯Hz 之间。
超声波的传播速度就是声波的速度。
超声波具有波长短，易于定向发射等优点，常被用于声速测量中的波源。
一、 实验目的1、 了解超声波的产生、发射和接收方法；2、 用驻波法、行波法和时差法测量声速。
二、 实验仪器SV-DH 系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源，三、 实验原理声波在空气中的传播速度可表示为 M RTv γ= （1）式中γ是空气定压比热容和定容比热容之比（VP c c =γ），R 是普适气体常数，M 是气体的摩尔质量，T 是热力学温度。
从公式（1）可以看出，温度是影响空气中声速的主要因素。
如果忽略空气中的水蒸气和其他夹杂物的影响，在0℃（K T 15.2730=）时的声速45.33100==M RT v γm/s在t ℃时的声速可以表示为 15.27310t v v t += （2） 由波动理论知道，波的频率f 、波速v 和波长λ之间有以下关系λf v = （3）所以只要知道频率和波长就可以求出波速。
本实验用低频信号发生器控制换能器，故信号发生器的输出频率就是声波的频率。
而声波的波长可以用驻波法（共振干涉法）、行波法（相位比较法）以及时差法来进行测量。
1、 驻波法（共振干涉法）测量波长如图1-1，由声源1S 发出的平面波沿X 方向传播经前方平面2S 反射后，入射波和反射波叠加。
它们的波动方程分别为)(2cos 1λπx ft A Y -= （4） )(2cos 2λπx ft A Y += （5） 图1-1 实验装置与 ft x A Y Y Y πλπ2cos 2cos 221⨯=+= （6） 工作原理图 当12cos =λπx时，合成波中满足此条件的各点振幅最大，称为波腹 可解得2λnx ±=（n=0，1，2，3，…）处就是各波腹的位置，相邻两波腹的距离为半波长（2λ）。
声速测定实验操作步骤详细说明
一、实验目的通过本次实验，掌握声速测定的基本原理和方法，学习使用相关实验仪器，提高对声波传播速度的测量能力，并了解实验误差的来源及其分析方法。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，通常用v表示。
根据声波在介质中传播的波动方程，可以得到声速的计算公式：v = fλ其中，v为声速，f为声波的频率，λ为声波的波长。
本实验采用脉冲法测量声速，利用发射和接收换能器产生和接收声波，通过测量声波在介质中传播的时间，计算出声速。
三、实验仪器1. 发射换能器2. 接收换能器3. 脉冲信号发生器4. 信号放大器5. 毫伏表6. 音频计7. 钢尺8. 介质（如水、空气等）9. 实验台四、实验步骤1. 准备实验器材，将发射换能器、接收换能器、脉冲信号发生器、信号放大器、毫伏表、音频计等设备连接好。
2. 将实验台放置在水平面上，确保实验台稳固。
3. 将发射换能器固定在实验台上，调整其位置，使其与接收换能器之间的距离适中。
4. 将接收换能器固定在实验台上，调整其位置，使其与发射换能器之间的距离与钢尺上的标记相对应。
5. 打开脉冲信号发生器，调整频率至所需测量值，同时调整输出幅度，使发射换能器输出稳定。
6. 将信号放大器输出端连接到毫伏表，用于观察接收换能器接收到的信号强度。
7. 将音频计连接到接收换能器，用于观察接收到的声波频率。
8. 打开实验台电源，确保所有设备正常运行。
9. 按下脉冲信号发生器的启动按钮，产生脉冲信号，发射换能器开始发射声波。
10. 观察毫伏表，当信号达到最大值时，记录此时钢尺上的标记位置，即为声波传播的距离s1。
11. 停止脉冲信号发生器，等待一段时间，再次按下启动按钮，重复步骤9和10，记录第二次声波传播的距离s2。
12. 重复步骤9至11，共进行5次实验，记录每次声波传播的距离。
13. 关闭实验台电源，整理实验器材。
五、数据处理1. 计算声波传播的平均距离：s = (s1 + s2 + s3 + s4 + s5) / 52. 计算声波传播的平均时间：t = s / v3. 根据公式v = fλ，计算声波的波长：λ = v / f4. 计算实验误差：（1）相对误差：εr = (|v测 - v真| / v真) × 100%（2）绝对误差：εa = |v测 - v真|六、实验心得通过本次实验，我了解了声速测定的基本原理和方法，掌握了使用相关实验仪器的技巧。
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=+。
利用超声光栅测定液体中的声速(精)
利用超声光栅测定液体中的声速实验简介：光通过处在超声波作用下的透明介质时发生衍射的现象称作声光效应。
1922年布里渊(Brillouin,L.1889—1969)曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应，10年后被证实。
1935年拉曼（Raman,C.V.1888—1970）和奈斯（Nath）发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通光栅的衍射。
这种声光效应称作拉曼—奈斯衍射，他提供了一种调控光束频率、强度和方向的方法。
本实验要求在理解超声光栅基本原理的基础上掌握实验的调节和测量方法。
实验目的：1、了解超声光栅产生的原理。
2、了解声波如何对光信号进行调制。
3、通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解。
实验仪器：超声光栅实验仪（数字显示高频功率信号源及内装压电陶瓷片的液槽）、分光计、低压汞灯、温度计。
实验原理：1、超声光栅的形成汞灯超声池分光计在透明介质中传播的超声波使介质的局部发生周期性的压缩与膨胀，以至密度随之发生相应的变化，某时刻，纵驻波的任一波节两边成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏区；半个周期后两个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区，相邻波节处变为密集区。
稀疏区作用使介质折射率减小，而压缩作用使介质折射率增大（如图1所示）。
单色平行光束沿着垂直于超声波传播方向通过槽中的液体时，因超声波的波长很短，只要槽足够宽，槽中的液体就像一个衍射光栅，途中的声波波长Λ就相当于光栅常数。
2、光栅常数的测量及声速的计算：根据光栅方程，衍射的主极大（光谱线）由下式确定：sin()(2,1,0,1,2,)k k k ϕλΛ==--其中λ为光源波长，k 为干涉级数，k ϕ为光栅衍射零级至k 级光谱的夹角。
超声的实验光路图如图2所示，实际上因ϕ角很小，可以认为k k ϕλΛ= 所以超声波波长/k k λϕΛ=t2T t + 图1 在t 和2T t +（T 为超声振动周期）两时刻振幅y ，液体疏密分布和折射率n 的变化图2 超声光栅衍射光路12超声光栅在液体中的传播速度V f式中：f是高频功率信号源与压电陶瓷的共振频率。
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
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).。
(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 。
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。
声速的测量——精选推荐
声速的测量声波特性的测量，如频率、波长、声速、声压衰减、相位等，是声波检测技术中的重要内容。
特别是声速的测量，不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化，在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。
例如，声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。
声速的测量方法可以分为两大类。
一类是根据运动学理论v=L/t，通过测量传播距离L 和时间间隔t得到声速v；另一类是根据波动理论v=fλ，通过测量声波的频率f和波长λ得到声速v。
实验中使用的驻波法和相位比较法这两种测量方法，在声学、电磁场与电磁波、光学等领域都有着重要应用。
实验内容）输入并联连接，1、连接测量系统。
函数信号发生器的输出与发射换能器和示波器的X（Y2输入连接。
接收换能器的输出与示波器的Y12、熟悉函数信号发生器和示波器的使用。
（1）用示波器观察由信号发生器提供的不同的波形信号。
（2）用示波器观察李萨如图形。
3、调节谐振频率。
信号发生器输出正弦信号，频率调节到换能器的谐振频率,记下谐振频率f。
这时，换能器发射出的超声波最强。
4、利用相位比较法测量声速。
5、李萨如图形（叠加比较）法。
6、利用相位比较法测量声速。
（3）采用逐差法求出波长λ，进而求出声速v；表示测量结果。
实验的重与难点“声速的测量”是一个综合性声学实验。
实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法（共振干涉法）和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度，这是一个非电量电测方法的应用。
通过这个实验可以重点学习如下内容：1、实验方法：非电量的电测方法；测量声速的驻波法和相位比较法。
2、测量方法：利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。
3、3、3、数据处理方法：求声波波长的逐差法。
4、仪器调整使用方法：双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。
仪器简介本实验使用的声速测量仪必须配备示波器和信号发生器，实验者亦必须先熟悉示波器与信号发生器的使用，方可顺利完成实验。
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。
声速的测定
二、实验目的
➢1. 学习用相位比较法和振幅合成法测量声波在空气中的传播速度。 ➢2.了解压电换陶瓷在电、声相互转换中的应用的功能，加深对共
振、振动合成、波的干涉、驻波等理论知识的理解。 ➢3. 检验学生对示波器使用的熟悉程度。
三、实验仪器
➢1. SV-DH-7A 型声速测定仪； ➢2. SVX-7 型声速测定仪信号源； ➢3. UTD2072CEX 型示波器。
调节发射强度旋钮，使声速测试仪信号源输出适合的电压，再调整信号频率（选5k~50kHz），观 察频率调整时 CH2 通道的电压幅度变化。细调频率，使该电压幅度为最大值。
➢3. 相位比较法测波长
记录示波器上图形相继出现斜率相反两条直线李萨如图形时所对应的接收端的坐标，相继记录12个 坐标点。
➢4. 共振干涉法测波长
沿 CH1 方向的入射波方程为：
2π y1 Acos(ωt λ l)
反射波方程为：
2π y2 Acos(ωt λ l)
驻波方程为：
y
y1
y2
2π 2 A cos(
λ
l)cos ωt
结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为
λ 2
。
五、实验步骤
➢1. 按实验装置图接线，使发射端面和接收端面尽量平行 ➢2. 调整测定系统的谐振频率
四、实验原理
在波动过程中波速 v ，波长 λ 和频率 f 之间存在着下列关系：
v fλ
➢1. 超声波的发射与接收——压电换能器
（1）压电陶瓷具有正压电效应和逆压电效应。
（2）在发射压电陶瓷上加交变电压，则产生纵向机械振动，
产生超声波（逆压电效应）。 电 声
S1：发射换能器；S2：接收换能器
（3）接收压电陶瓷接收到超声波后，产生电信号（正压电效应）。 声 电
声速的测量(精)
三、测量原理
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
S2
S1
返回
将发射信号和接收信号同时输入到示波器，此 时示波器上同時顯示的發送和接收電信号。当改变 两个换能器之间的距离时，发送信号不变，而接收 电信号（正弦波）的幅值和位置均发生变化，当接 收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时 接收器走过的距离，就是信号的波长。
x1 x2
l x2 x1
传感器及它的内部结构
传感器是物理实验中常用的间接测量元件。本实验 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的，其中一个是用来 产生机械振动并在空气中激发出超声波。另一个用来接收 振动，同时电输出端产生相应的电信号。
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传感器内部结构
电输入或 输出端
压电陶瓷片
铝外壳
返回
示波器
返回
开关
信号发生器
函数选择
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如火山爆发、地震、流星爆炸、极光、雷电、 磁暴、台风、龙卷风、晴空湍流、风暴、海浪、电 离层扰动、核爆炸、火箭发射、大炮、化学爆炸、 飞机、火车、高速行驶中的汽车、某些大型工厂、 高楼、风吹过高山等等，都会在一定的条件产生次 声波。 虽然早在上百年前就首次记录到了次声波， 可是人们次对声的认识却没有多大进展。到近二十 年来，科学技术有了飞跃的发展，人们对自然界中 次声现象及次声传播规律的认识才有了较大提高．
信号输出 频率微调 频率范围选择 返回
四、实验内容及现象
声速的测定
声速的测定声速是指声波在某一介质中传播的速度。
声波的速度是由该介质中的密度、压力和温度等物理参数所决定的。
在物理学中，声速是一个重要的量值，它与声波的传播、声学工程及大气物理学等领域有着密切的关系。
因此，合理准确地测定声速对于一系列的实验研究和工程应用都有非常重要的意义。
一. 实验原理实验室中通常采用管道法或直接法测定声速。
管道法是利用一定长度的管道来测定声波的传播时间，并由此计算出声速的大小。
直接法是利用声源产生的原始声波，在介质中传播的距离与时间的关系来测定声速。
以下是一种常用的声速测定实验装置及测定过程。
二. 实验装置实验装置如下图所示。
需要准备一个发声器和若干个接收器，发声器将声波通过管道传播到接收器处。
通过线路连接计算机以进行数据采集。
（图1：声速测定装置）三. 实验过程测定声速的实验过程如下：1. 将发声器A置于容器中，使其靠近一端，并将另一端用盖子封口，保证空气封闭。
2. 用另一张盖子将容器的另一端封口，根据三边定理，计算管道的一端到另一端距离L。
3. 使用计算机控制声波发射机向管道中发射一定频率的声波，注意根据管道的长度和声速的大小控制所发射声波的持续时间。
4. 在管道的金属边缘上安装接收器，接收声波并将其转化为电脉冲信号，通过计算机采集这些数据，根据信号的时序来确定声波在管道中的传播时间。
5. 重复以上实验步骤，分别测定不同频率下声波的传播时间。
通过对多组数据进行处理，得到声波在不同介质中的速度大小。
四. 实验注意事项1. 保持管道清洁干燥，避免杂质和液体的干扰。
2. 发射声波时需要充分注意管道的长度和声波的频率，以保证测量的准确性。
3. 接收器安装位置要准确，确保其能够有效地接收声波的信号，并将其转化为正确的电脉冲信号。
4. 规范操作流程，避免人为误差的影响。
五. 实验结果及分析经过多次实验数据的测量和处理得到声波在不同介质中的速度，可以绘制出声速和温度之间的关系。
从图3中可以看出，声速随温度的增高而增加。
实验2 声速的测定
实验2 声速的测定声波是一种在弹性介质中传播的纵波。
根据声波在介质中的声速不同，我们可以知道介质的许多特性和状态，如气体和固体的密度，液体的浓度等等。
液体和固体的弹性模量与密度的比值一般比气体大，其中的声速也比较大。
声速的测量在声波探伤，定伤、测距、显示等方面具有重要的实用意义。
实验目的1. 学会利用驻波法测空气中的声速。
2. 掌握用相位比较法测液体中的声速。
3. 掌握时差法测固体中的声速实验预习思考题1. 超声波、可闻声波和次声波的频率范围。
2. 驻波法测声速的原理。
3. 相位比较法测声速的原理。
4. 时差法测量声速的原理。
5. 逐差法的原理及计算公式。
6. 产生半波损失的条件。
7. 测量声速仪器接线方法。
8. 相位比较法测量中，示波器如何调出利萨如图形？9. 相位比较法测量时，同相位和反相位利萨如图形分别是什么形状？10. 相位比较法测量时，同相位和反相位点的间距是多少个声波的波长？11. 驻波法测量时，两个相邻的波腹间距是多少个声波的波长？实验原理由波动理论知道，在波动过程中波的频率f、声速v、波长λ之间有以下关系λ⋅v=f所以，只要知道频率和波长即可求出波速。
本实验用低频信号发生器控制换能器，因此信号发生器频率就是声波频率，可用频率计测出，声波波长采用共振干涉法和相位比较法测量。
1. 共振干涉法设有从发射源发出的一定频率的平面声波，我们称之为前进波，该前进波可用以下方程表示：)2cos(1x t A y λπω-= (1)此前进波经过空气传播到达接受器，在理想情况下，入射波在接收面上垂直反射，反射波为：)2cos(2πλπω++=x t A y入射波与反射波合成的声波为： )2cos()2cos(21πλπωλπω+++-=+=x t A x t A y y yt x A ωλπsin 2sin2⎥⎦⎤⎢⎣⎡= (2) 式(2)表明：在发射面和接收面之间形成了驻波场，即各点都在作同频率振动，而各点的振幅⎥⎦⎤⎢⎣⎡x A λπ2sin 2是位置x 的正弦函数，对应于02sin =⎥⎦⎤⎢⎣⎡x λπ的点静止不动，成为波节，要使02sin =⎥⎦⎤⎢⎣⎡x λπ,即应有,3,2,1,0,2=±=n n xπλπ… ,因此在2λ⋅±=n x 处就是波腹的位置。
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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声速的测定声波是在弹性介质中传播的一种机械波。
声波特性的测量是声学技术中的重要内容，特别是声速的测量，在定位、探伤、测距等应用中都具有重要的意义。
本实验是利用压电金陶瓷换能器技术来测量声波在空气中的速度。
一、 实验目的（1） 了解换能器的原来及工作方式。
（2） 学会用共振干涉法和相位比较法测量空气中的声速。
二、 实验原理在波动过程中，波速v 、波长λ和频率f 之间存在下列关系：v f λ= (6.1.1)通过实验，测出波长λ和频率ƒ，就可求出声速v 。
常用方法有驻波法和位相比较法两种。
1． 驻波法测声速两个超声换能器间的距离为L ，其中左边一个作为超声源（发射头S 1），信号源输出的正弦电压信号接到S 1 上，使S 1发出超声波；右边的作为超声的接收头S 2 ，把接收到的声压转变成电信号后输入示波器观察。
S 2在接收超声波的同时，还向S 1反射一部分超声波，这样由S 1发出的超声波和由S 2反射的超声波在S 1和S 2之间的区域干涉而形成驻波。
驻波相邻两波峰（或波节）之间的距离为半波长。
改变L 时，在一系列特定的位置上，S 2面接收到的声压达到极大值（或极小值），相邻两极大值（或极小值）之间的距离皆为半波长，此时在示波器屏上所显示的波形幅值发生周期性的变化，即由一个极大值变到极小，再变到极大，而幅值每一次周期性的变化，就相当于L 改变了半个波长。
若从第n 个共振状态变化到第n+1个共振状态时，S 2移动的距离为△L，则(1)222L n n λλλ∆=+-=即2L λ=∆ 2v f f L λ==∆ （6.1.2）2． 相位比较法测声速从S 1发出的超声波通过媒质传到接收头S 2，接收头和发射头之间便产生了位相差ω，此位相差的大小与角频率2f ωπ=、传播时间t 、声速v 、波长λ以及S 1 和S 2之间的距离L 有下列关系：22L L t f v ϕωππλ=== (6.1.3)由此可以推出，L每改变一个波长λ，位相差就变化2л，通过观察位相差的变化△φ，便可测出λ。
将发射头S1和接收头S2的正弦电压信号分别输入到示波器的CH1和CH2通道，在屏上便显示出频率为1:1的李萨如图。
改变L时，两个谐振动的位相差从0～л，图形就从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线；位相差再由0～2л，图形又从斜率为负曲线变为椭圆，再变回斜率为正的直线，如图6.1.3所示。
为了便于判断，选择李萨如图为直线时作为测量的起点，移动S2，当L变化一个波长时，就会重复出现同样斜率的直线。
3．理想气体中的声速值声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，由热力学理论可以导出其速度为v=式中 R——摩尔气体常数（R=8.314J/mol·K）；r——比热容之比（气体定压比热容与定容比热容之比）；μ——分子量；T k——气体的开氏温度。
考虑到开氏温度与摄氏温度的换算关系T k=T0+t，有===V v在标准大气压力下，t=00C时，u0=331.45m/s，因此v=式中，T0=273.14K。
三、实验仪器本实验的仪器由超声声速测定装置、信号源、示波器和温度计组成。
1．超声声速测定装置该装置由换能器和游标卡尺及支架构成。
换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，压电陶瓷片（如钛酸钡、锆钛酸铅等）是由具有多晶结构的压电材料做成的，在一定的温度下经极化处理后，它具有压电效应。
在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力时，在极化方向上产生一定的电场强度，它们之间有线性关系；反之，当极化方向一致的外加电压加在压电材料上时，材料的伸缩形变与电压也存在着线性关系，这样我们就可以将正弦交流电信号转变成压电材料纵向长度的伸缩，成为声波的波源，同样也可以将声压变化转变为电压的变化，用来接收声信号。
在压电陶瓷片的前后两端胶粘两块金属，组成夹心型板子。
头部用轻金属做成喇叭形，尾部用重金属做成锥成或柱形，中部为压电陶瓷圆环，紧固螺钉穿过环中心。
这种结构增大了辐射面积，增强了振子与介质的耦合作用，由于振子是以纵向长度的伸缩直接影响前部轻金属做同样的纵向长度伸缩（对尾部重金属作用小），这样所发射的波方向性强，平面性好。
换能器有一谐振频率ƒ0，当外加声波信号的频率等于此频率时，陶瓷片将发生机械谐振，得到最强的电压信号，此时换能器具有最高的灵敏度；反过来，当输入的电压使换能器产生机械谐振时，作为波源将具有最强的发射功率。
2．示波器及信号源参见实验“示波器的调整和使用”。
四、实验内容1．熟悉仪器请参照有关内容，熟悉信号源及示波器面板上各按钮和旋钮的作用以及它们的操作方法，特别应注意相关的注意事项。
2．驻波法（1）准备。
接好线路，将两换能器间的距离调到5cm左右。
打开信号源电源，输出波形选正弦波，输出频率挡位按钮选100kHZ。
仔细调节示波器，使屏幕上出现稳定的正弦波波形。
此时示波器接收到的信号强度可能较弱，因此在调节时需适当放大信号。
（2）寻找换能器的谐振频率ƒ0。
调节信号源的输出频率微调旋钮，将输出频率从30kHz 逐步增大，同时仔细观察示波器屏幕上信号振幅的变化，当振幅变化到最大时，信号源的输出频率就是换能器的谐振频率。
测量。
逐步增加两换能器之间的距离，记录下每次信号振幅变化到最大时的数据，此时接收换能器的位置l i，连续测10点，3．相位比较法（1）准备。
接好线路，将两换能器间的距离调到5cm左右。
调节示波器，使屏幕上出现稳定的、大小适中的李萨如图形。
（2）测量。
逐步增加两块换能器间的距离，屏幕上的李萨如图形会做周期性的改变。
选直线做初始状态，以后每当出现与初始直线斜率相同的斜线时记录下接收器的位置l i，连续测10个点，将数据记录表格中。
4．计算声速的理论值测量出室内温度t，按（6.1.4）式计算出理论值。
五、实验指导（1）如果信号源的输出频率与换能器的谐振频率相差太大，示波器上显示出的波形振幅就会很小甚至就是一条水平线，根本无法进行测量，为了能进行实验并且使测量误差最小，要求信号源的输出频率必须是换能器的谐振频率。
（2）实验中使用的示波器是双踪示波器，两种方法的接线一次性接好了，在实验前请仔细观察其接线情况，决定应按下示波器上的CH1按钮还是CH2按钮。
六、注意事项（1）切勿使信号源输出端短路。
（2）禁止无目的地乱拧仪器旋钮。
七、实验报告要求用逐步法分别计算出共振干涉法和相位比较法的声速值，同时计算出不确定度，写出最终结果表达式。
自组补偿电路测量电动势一、 实验目的（1） 掌握补偿法的基本原理。
（2） 运用补偿法测量未知的电动势。
二、 可供选择的仪器直流稳定电源、标准电池、被测干电池1个（其电动势约为1.5V ）、指针式检流计、ZX-21型电阻箱四个、单刀开关、单刀双掷开关。
三、 实验任务根据所提供的仪器，运用补偿原理，自组一电位差计电路，测量一干电池的电动势。
四、 设计要求（1） 写出实验的原理，画出完整的实验电路图，写出实验结果的计算公式。
（2） 写出主要实验步骤及主要注意事项。
（3） 算出实验操作前，电路中各电阻的预置值（标准电池电动势E S =1.0186V ，实验中不考虑温度修正）。
（4） 在数据纸上自拟表格并记录测量数据（各电阻箱的电阻值）。
在进实验室前必须完成设计方案，否则不能进行实验。
五、 实验指导1． 电位差计的工作原理电位差计是利用补偿法和比较法实现对电位差测量的精密仪器。
如果配以其他附件，如标准电阻、标准分压器、传感器等，则可以用来测电流、电阻、电功率，甚至可以测量非电量，如温度、位移等。
我们知道，用普通电压表测电池的电动势E X 是得不到准确值的，测得的结果为路端电压UX U E IR =-内式中 I ——电流；R 内——电源内阻。
如果用一电压V N 与干电池极性相对而接。
如图6.2.1所示，调节V N ，使检流计指零，即电路中电流为零，则有X E V =N 6.2.1 若V N 的数值已知，则可得出E X 。
这种测量电动势的方法称为补偿法，V N 称为补偿电压。
如果获得数值可调而又准确的补偿电压呢？一般可通过精密分压而实现，V N =I 0R N ，V N 的准确度将取决于R N 和I 0的制造与测量准确度。
为了进一步提高测量准确度，实验的电位差计除采用补偿法外，还要采用比较法去获得测量结果。
分别用N R 上的电压去补偿N E ，用X R 上的电压去补偿X E 。
由于电源E 与回路总电阻（R P +R AB ）不变，且I g =0，无分路分流，因此两次补偿时的工作电流I 0相同，于是有0N E I R =N 0X E I R =X 6.2.2两式相除消去I 0，则得到X X N NR E E R = 6.2.3 这便形成了R X 与R N 的比较。
而X R 与N R 之所以能够进行比较是因为两次补偿时流过R X 与R N 的电流I 0相同。
在I 0为定值时，由（6.2.3）式知，E X 与R X 成正比，这意味着，如果永远保持I 0为定值，则可将R X 之值直接标为被测电压之比。
I 0是否达到定值可由第一次补偿的结果来检验，即I0=E X /R N ，这称为工作电流的标准化（定标）。
综上所述，电位差计是用补偿法测电压和电动势的仪器，它实际上是用未知电动势与标准电动势做间接比较，因而是一种比较测量。
电位差计的基本电路由三部分组成；工作电流回路，包括E 、R AB 、R P 等，E 为工作电源；标准工作电流回路，包括E N 、R N 、检流计G 等；测量回路，包括E X 、R X 、检流计G 等。
2． 本实验中各个仪器的作用（1） 检流计。
接在校准工作电流回路和待测回路的共用支路上，检查电路是否达到补偿状态。
（2） 电阻箱。
一个接在校准工作电流回路，在校准工作电流时，其上的电压降与标准电池的电动势达到补偿状态。
其电阻箱R N 称为补偿电阻（通过计算E N 后，决定R N 的取值，标准电流定为10mA ）。
一个接在工作电流调节回路，用来调节工作电流的大小；一个接在待测回路，接成分压电路，调节其分压大小可与待测电动势达到补偿状态。
一个与检流计串联作为保护电阻。
（3） 标准电池。
接在校准工作电流回路，用来校准工作电流。
（4） 单刀双掷开关。
接在校准工作电流回路和待测回路的共用支路上，用来改接检流计所在的回路，当校准工作电流时，此开关打到一边，使检流计处在校准工作电流回路中；当测量时，此开关打到另一边，使检流计处在待测回路中。
3． 标准电池电动势E N 的计算（对其进行温度修正时用）620()(20)(20)10N E t E t t -=-+-⨯(V)式中，E 20——标准电池在200C 时的电动势数值，此标准电池在200C 时的电动势E 20=1.0186V4． 关于工作电流I O 的设计根据被测干电池电动势的大约数值和待测回路中电阻箱的总阻值，使电流流经该电阻值时，总电压稍大于被测干电池电动势的数值，从而确定工作电流的大小（电流最好取整数值，以便于后来的计算）。