空气中声速的测定
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。
空气中声速的测定
【实验目的】1、掌握两种测量声速方法的原理，学会测定超声波在空气中的传播速率。
2、了解压电换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
3、加深对驻波及振动合成理论的理解。
4、测定超声波在固体中的传播速率【实验原理】（原理概述，电学。
光学原理图，计算公式）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=fλ通过实验，测出波长λ和频率f，就可以求出声速v。
常用的方法有驻波法和相位比较法两种。
超声波声速测定装置主要由压电传感器和游标卡尺构成。
传感器的主要部件是用多晶体结构的压电材料（如碳酸钡）在一定温度下经特殊处理而成的压电陶瓷片。
这种陶瓷片具有压电效应，它能将交流电压信号转换成纵向长度的伸缩，靠自身成为声波波源；反过来，也可将声压变化转换成电压变化，即用它将接收到的声波信号转变为电压信号。
压电传感器有一谐振频率f，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，此时传感器具有最高的灵敏度；反过来，当输入的电压使得传感器产生机械谐振时，作为波源将具有最强的发射功率。
实验装置中使用两个压电传感器，其一作为超声发射器，另一个作为接收器。
1.驻波法测声速实验装置如图。
图中S1和S2为压电陶瓷超声换能器，S1作为超声源（发射头），由信号源输出的正弦交变电压接到S1上，使得S1发出一平面超声波；S2作为超声波的接收头，把接收到的声压转变成交变的正弦电压信号后输入示波器观察。
S2在接收超声波的同时，还向S1反射一部分超声波，这样由S1发出的超声波和由S2反射的超声波就在S1和S2之间的区域干涉形成驻波。
驻波相邻两波峰（或波节）之间的距离为半波长。
S2可以移动，其位置由游标卡尺读出。
当改变S2到S1之间的距离时，在一系列特定位置上，S2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，在示波器荧光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值，再变到极大值。
声速测定实验报告小结
本次实验的主要目的是了解声速的定义和测量方法，掌握气体的声速与温度、压力等条件的关系，并验证相关理论。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度。
在空气中，声速与温度、压力等条件有关。
根据理论计算，声速v与温度T的关系为：v = 331.5 + 0.6 T其中，v为声速（m/s），T为温度（℃）。
实验中，通过测量声波在空气中的传播距离和时间，可以计算出声速。
声速v与传播距离s和时间t的关系为：v = s / t三、实验器材1. 声速测定仪：用于产生声波和接收声波；2. 温度计：用于测量实验环境温度；3. 卷尺：用于测量声波传播距离；4. 秒表：用于测量声波传播时间；5. 计算器：用于计算声速。
四、实验步骤1. 将声速测定仪放置在实验室内，调整仪器使其稳定；2. 使用温度计测量实验环境温度，记录数据；3. 使用卷尺测量声波传播距离，记录数据；4. 使用秒表测量声波传播时间，记录数据；5. 根据声速与传播距离、时间的关系，计算声速；6. 比较理论计算声速与实验测量声速，分析误差原因。
1. 实验环境温度为20℃；2. 声波传播距离为10m；3. 声波传播时间为0.03s；4. 实验测量声速为333.33m/s；5. 理论计算声速为332.5m/s。
六、误差分析1. 测量误差：在实验过程中，由于温度计、卷尺、秒表的精度有限，导致测量数据存在一定误差；2. 仪器误差：声速测定仪的精度可能存在一定误差，导致实验测量声速与理论计算声速存在差异；3. 环境因素：实验过程中，室内温度、湿度等环境因素可能对声速产生影响，导致实验结果与理论计算存在差异。
七、实验结论1. 通过本次实验，我们了解了声速的定义和测量方法，掌握了气体的声速与温度、压力等条件的关系；2. 实验结果表明，实验测量声速与理论计算声速存在一定误差，主要原因是测量误差、仪器误差和环境因素的影响；3. 在实际应用中，我们可以通过提高实验精度、选用高精度仪器和优化实验环境来减小误差，提高实验结果的准确性。
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。
实验二空气中声速的测量
尾部（钢） 压电陶瓷片
0 理 经极化处理后，具有压电效应，即在压电陶瓷
图 8 换能器结构示意图
2 片的两底面加上正弦交变电压，陶瓷片就会按
物 正弦规律发生纵向伸缩（厚度按正弦规律产生形变），发出超声波；同样，压电陶瓷片也可
供以使声压的变化转化为电压的变化，用来接收声信号。在压电陶瓷片的头尾两端胶粘两块金
信号源产生的信号由发射端的“换能器接口”输出。发射信号的频率由“功率信号源”
仅 院 的三个按钮开关选择频率范围，再用调节旋钮的“频率粗调”和“频率细调”旋钮调节到所 学 需要的频率，其频率值由面板的左上方的显示窗口读出。发射信号的强度用调节旋钮的“发
贤 射强度”旋钮调节。“测试方法”按钮有两种选择，即“连续波”和“脉冲波”，“连续
实验二 空气中声速的测量
物体振动会产生声音，是这种振动在介质中形成了声波。声波是非常重要的一类机械波。
频率在 20Hz~20kHz 之间能引起听觉的叫可闻声波；频率低于 20Hz 的叫次声波；频率大于
用 20kHz 的叫超声波。声学的研究对建筑、医学、工业生产都是非常重要的。 超声波在介质中的传播速度与介质的特性及状态等因素有关，因而通过介质中的声速测 量，可以了解被测介质的特性或状态的变化。这在医学和工业生产中都有使用意义。例如，
图形，如李萨如图形为直线，作为测量的起始位置。S2每移动一个波长的距离就会重复出现 同样斜率的直线。
3．时差法
声波由发射源S1发射，在空气中传播，经过时间t后，到达接收头S2。如果我们能测出 这一时间，并测出S1和S2之间的距离l，就可计算出声波在空气中的传播速度v。即
速度 v = 距离 l ÷ 时间 t
学 以观察到如图 3 所示的波形。图中的就是两者之间的相位差，改变S1和S2之间的距离，可
声速测定实验报告
声速测定实验报告
本次实验以声速测定为主题，旨在通过实验掌握测量声速的方法和技巧，并了解声音在空气中的传播规律和声学原理。
实验原理
在空气中，声音是通过分子间的相互碰撞来传播的，声波能够在介质中传播的速度与介质的性质有关，而与声源、接收器、频率等因素无关。
声波在空气中的传播速度可以用下式表示：
c =√(γRT)
其中c为声速，γ为空气的绝热指数，R为空气的气体常数，T 为空气的温度，这个公式反映了声速与空气的温度和绝热指数的关系。
实验装置和步骤
实验装置：示波器、声发生器、话筒、定尺、开关等。
实验步骤：
1. 通过话筒将声波发出，经过空气传播到距离该话筒10m之处
的麦克风。
2. 通过示波器观察收到的声波，测量声波的周期和波长。
3. 计算声速，记录数据。
实验结果
通过测量收到的声波的周期和波长，计算出在空气中声波的传
播速度，最终得到的结果为345.3m/s。
此次实验中，温度为25℃，绝热指数γ为1.4。
误差分析
在实验过程中，可能存在一些误差，如声源与接收器位置的不
精确，仪器的误差等。
此外，实验环境也会对实验结果产生影响，如空气湿度、气压等因素。
因此，在实验过程中需要注意各种可
能存在的误差和影响因素，并尽量减小其对实验结果的影响。
结论
通过本次实验，我们成功测定了空气中声波的传播速度，并了
解了声波在空气中的传播规律和声学原理。
同时，我们也认识到
了实验过程中可能存在的误差和影响因素，提高了实验的精度和
可靠性。
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).。
空气中声速测定-精品文档
L
5.105 0.009
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Li L
0.005
0.003
0.007
12 0.009
大
学
物
理
实
验
对测量量L， A类不确定度
1 5 2 S 1 . 1 4 ( LL ) 0 . 0 0 2 3 c m L i 5 ( 51 )i 1
。
10
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大
学
物
理
实
验
实验步骤
双踪法
1）发射端信号接“CH1”，接收端信号接“CH2，垂 直方式（Y MOOD）中的开关拨至DUAL示波器处于
两个通道信号的双踪显示状态 ；
2）旋转“时基因数”旋钮可同时看到两个波形，推动 S2 ，两个波形在水平方向发生相对移动，当两个波形 的峰和峰对齐时，说明位相差是2的整数倍； 3）连续推动S2 ，记录峰与峰对齐时的10组数据，并记 录频率 。
书山有路勤为径●▂●学海无涯苦 作舟 专业分享，敬请收藏 3
大
学
物
理
实
验
实验原理
1、基本原理 声速
v f
若固定频率为 f=f0（共振频率），通过波长λ测量，即可 求的声速 v。 本实验采用压电陶瓷超声换能器来实现声波和交流电压间 的转换。当 电信号的频率与换能器的固有振动频率相等 时，其输出能量最大。
实验要求
示波器面板各旋钮的作用及使用方法。 压电陶瓷超声换能器的作用：逆压电效应正压电效应。
测波长的三种方法：驻波法、相位法、双踪法。
游标卡尺的读数方法和使用方法，误差限=0.02mm 。 测量要求同讲义。（双踪法选作）
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。
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，ΔL=λ/2，V=fλ=2fΔL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。
由逐次相减的数据可判断出Δl i基本相等，验证了ΔL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×∑ΔLi，ΔL平均=4.802mm,有ΔL平均=19V=fλ=2fΔL平均=2×37×103×4.802×10-3=355.348m/s，并且此速度是在温度T0=300K测得。
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。
由逐次相减的数据也可判断出Δl i基本相等，验证了ΔL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ΔL平均=19×∑ΔLi，ΔL平均=9.444mm,V=fλ=fΔL平均=37×103×9.444×10-3=349.428m/s，并且此速度也是在温度T0=300K测得的。
三、时差法测量空气中的声速由逐次相减的数据也可判断出Δt i基本相等，验证了Δt i与V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Δt平均 =19×∑Δti，Δt平均=14.2us,ΔL=20mm,V=ΔLΔt平均=20×10−314.2×10−6=1408.451m/s,并且此速度也是在温度T0=300K测得的。
空气中声速的测定
空气中声速的测定篇一：空气中声速的测定实验3-12 空气中声速的测定一、画出实验原理图二、测量公式及式中各量的物理意义三、预习自测题1．超声波是指频率 kHz的声波。
2．本实验用两个压电元件作换能器，一个换能器由高频电信号激振而产生，另一个作为接收器将高频变化的声压转换为。
3．两个换能器相对放置且端面平行时，在它们间形成驻波，当接收器位于驻波场中的处时声压最大，此时示波器显示的幅值。
4．实验中，为了使发射换能器谐振，要调节信号源的输出频率，判断其谐振与否的标志为（1）；（2）。
5．相位法测声速时，将发射器与接收器的正弦信号分别输入示波器的x轴与y轴，两个信号的合成在屏幕上形成李萨如图。
当接收器移动时，图象将作周期性变化，每改变一个周期，换能器移动的距离为，相位改变。
四、原始数据记录与处理1．驻波法实验数据频率f = （Hz）室温t = （℃）对测量量L，其平均值的51A类不确定度SL?(Li?)2? ?5(5?1)i?1B类不确定度u??? C2则不确定度 uL?SL?u2?这样 ??22? u??uL? 55则V?f?? uV?fu??速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速 Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E?? ?VtVt?100%?2．相位法实验数据（每隔2?测一次）频率 f = （Hz）室温t = （℃）对测量量L，其平均值的 A类不确定度SL? B类不确定度u??? C2则不确定度uL?SL?u2?这样?? u??则 V?f?? uV?fu??速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速 Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E???VtVt?100%?3．双踪显示法实验数据（选作）频率 f =（Hz）室温t =（℃）篇二：声速的测定实验报告声速的测定实验报告 1、实验目的（1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。
（2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。
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，ΔL=λ/2，V=fλ=2fΔL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f o=,T0=300k）测量次数i 位置L i/mm逐次相减ΔL i=L i+1-L i/cm 等间隔对应项相减ΔL5=L i+5-L i/cm12345678101910由逐次相减的数据可判断出iλ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ΔL平均=，ΔL平均=,V=fλ=2fΔL平均=，并且此速度是在温度T0=300K测得。
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=时相位比较法测量空气中的声速测量次数i位置L i/mm逐次相减Δl i=l i+1-l i/cm 等间隔对应项相减Δl5=l i+5-l i/cm12345671228910由逐次相减的数据也可判断出Δl i基本相等，验证了ΔL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ΔL平均=，ΔL平均=,V=fλ=fΔL平均=，并且此速度也是在温度T0=300K测得的。
三、时差法测量空气中的声速时差法测量水中的声速（已知谐振频率fo=,T0=300k）测量次数i 位置L i/mm时刻t i/us逐次相减Δt i=t i+1-t i/us等间隔对应项相减Δt5=t i+5-t i/us16028080310041205140616071808200922010240由逐次相减的数据也可判断出Δt i基本相等，验证了Δt i与V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。
实验28 空气中声速的测定
实验28 空气中声速的测定1 实验仪器超声声速测定仪、低频信号发生器（DF1027B）、示波器（ST16B）。
2 教学内容及要求2.1 教学内容2.1.1 驻波法测量声速1）按教材中的实验图接好线路，换能器S1接到低频信号发生器的“功率输出”，换能器S2接到示波器的“Y input”端，输入方式为AC ；X输入方式为“自动”，触发源选择“内”。
2）打开低频信号发生器的电源开关，频率范围选择10K-100KHz，电压输出为5-8V,电压衰减为20dB；波形选择为正弦波。
3）打开示波器的电源开关，Y衰减开关VOLTS/DIV可选择0.5v档，扫描时间TIME/DIV可选择20us档。
4）移动S2位置，目测S1与S2的距离约为3cm，调整低频信号发生器的“频率调节”和“频率微调”旋钮，并观察示波器上波形幅度为最大，说明换能器S1处于共振状态，记下频率f值。
（共振频率范围约36--38KHz之间。
）5）调节示波器上有关旋钮的作用，使屏幕上的波形清晰、对称，波形幅度适中。
（若波形幅度超过屏幕，可调节示波器上的Y增益旋钮。
）6）向右稍移S2，同时观察示波器上波形的变化，使波形幅度最大，记下S2的初始位置L0。
（若幅度超过屏幕，可调整Y增益，使波形满屏。
）7）由近至远慢慢移动接收器S2，逐个记下若干个幅度最大的位置（即Li值）。
2.1.2 相位法测声速1）按上述1）步骤；将示波器“X输入”端接到低频信号发生器的电压输出（注意不能接同步输出），触发方式选择“外接”。
2）将S2移回距S1大约3cm的距离，向右慢慢移动S2，调节游标卡尺微调螺丝，同时观察示波器上的图形变化，使图形为“/”，记下S2初始位置L O。
3）由近至远慢慢移动S2,并观察图形变化，逐个记下每发生一次半周期变化（即图形由“/”直线变到“\”直线）接收换能器S2的位置读数Li值，共测若干个数据。
2.2 教学要求1）熟悉超声声速测定仪的组成及作用；2）利用已学过的示波器使用方法，独立完成本实验有关示波器的调节步骤；3）理解驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度的原理；4）理解影响声波传播速度的几个因素；准备报道实验结果。
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±1.7³10-6)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。
3.4 空气中声速的测量
六、注意事项
1、测声速前要频率要选择谐振频率。
2、将两个换能器分开后开始读数。
3、在实验过程中保持两个换能器平行。
二、实验目的
1、掌握用振幅法及相位比较法测定空气中的声速 2、掌握信号发生器和示波器的使用方法
三、实验原理
测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播 距离L和所需的时间t，由算出声速v；二是利用关系 式，通过测量频率f和波长λ来计算声速v。本实验所 采用的共振干涉法和位相比较法，即属于后者。
1 2
的距离为Ln，继续调节S1、S2之间的距离， 设它为Ln+1时，再次出现共振现象，则Ln+1－Ln＝λ/2 。因此，若保 持频率f不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面与发 射源之间的距离就可求出波长λ，用计算声速。
2、相位比较法
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2时，在同一时刻， 在发射处的波和接收处的波之间产生位相差，其位相差可利用示波 器的李萨如图形观察。实验时，改变S1、S2之间的距离，相当于改 变了发射波和接收波之间的位相差，在示波器上可观察到位相的变 化。当改变S1、S2之间的距离使振动的位相差从0～π变化时，李萨 如图形将从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线，此 时S1、S2之间的距离的改变量ΔL为λ/2 。而ΔL可由游标卡尺测得， 频率f由频率计读出。由可求出声速。
四、仪器与设备
名称 声速测定器 低频信号发生器 数量 1台 1台
频率计
示波器
1台
1台
毫伏表
1台
图2 声速测定器
五、实验内容与操作步骤
1、调整测试系统的谐振频率
（1）按图示接连仪器。把信号发生器“输出调节”旋至最小位置， 调节频率输出为40kHz左右，打开电源开关，预热片刻，转动“输出调 节”旋钮，使信号输出为20V左右； （2）由S2转换成的电信号接示波器“Y轴输入”，示波器的“X轴衰 减”拨到“扫描”档，调节至荧光屏上显示出稳定的波形图。再将频率 计的“工作选择”开关拨到“测量Ⅰ”档，“自动—手动”开关拨到 “自动”档，信号发生器的输出信号接到频率计的“被测输入”； （3）将两个换能器彼此贴紧，调节信号源频率。使示波器上的是电 压信号为最大，以便大致测试系统的谐振频率。然后，将两个换能器分 开（间距为5cm）通过移动接收端的换能器和调节信号源频率，再次使 示波器上的电压信号达到最大值。此时信号源的输出信号频率才最终与 换能器上的固有频率相等。在此频率上，换能器发射较强的超声波。
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3-12空气中声速的测定
一、画出实验原理图
二、测量公式及式中各量的物理意义
三、预习自测题
1．超声波是指频率kHz的声波。
2．本实验用两个压电元件作换能器，一个换能器由高频电信号激振而产生，另一个作为接收器将高频变化的声压转换为。
3．两个换能器相对放置且端面平行时，在它们间形成驻波，当接收器位于驻波场中的处时声压最大，此时示波器显示的幅值。
4．实验中，为了使发射换能器谐振，要调节信号源的输出频率，判断其谐振与否的标志为（1）；（2）。
5．相位法测声速时，将发射器与接收器的正弦信号分别输入示波器的x 轴与y 轴，两个信号的合成在屏幕上形成李萨如图。
当接收器移动时，图象将作周期性变化，每改变一个周期，换能器移动的距离为 ，相位改变 。
四、原始数据记录与处理
1．驻波法实验数据
频率f = （Hz ） 室温t = （℃）
对测量量L ，其平均值的
A 类不确定度 =--=∑=25
1
)()15(51
14.1L L S i i L B 类不确定度 =∆
=
C
u 则L 不确定度 =+=22
u S u L L
这样 ==
L 52
λ ==L u u 5
2λ 则 ==λf V ==λfu u V
速度V 的完整表示为
当温度为t 时，空气中声速 =+
=15
.27310t
V V t
则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 =⨯-=
'%100t
t V V V E
2．相位法实验数据（每隔2π测一次）
频率 f = （Hz ） 室温t = （℃）
对测量量L ，其平均值的 A 类不确定度 =L S B 类不确定度 =∆=
C
u 则L 不确定度 =+=22
u S u L L
这样 =λ =λu
则 ==λf V ==λfu u V
速度V 的完整表示为
当温度为t 时，空气中声速 =+
=15
.27310t
V V t
则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 =⨯-=
'%100t
t V V V E
3．双踪显示法实验数据（选作）
频率 f = （Hz ） 室温t = （℃）。