声速测量实验报告.docx

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声速测量实验报告

声速测量实验报告

姓名：

陈岩松

学号：

5501215012

班级：

本硕实验班151班

实验名称

声速的测量

实验目的

1.用驻波法和相位法测声速。

2.学会用逐差法进行数据处理。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。

4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的功能。

实验原理

声速、声源振动频率和波长之间的关系是?

vf?

fv?

所以只要测得声波的频率和波长，就可以求得声速。

其?

vf中声波频率频率计测得。

本实验的主要任务是测量声波波长，用驻波法和相位法测量。

?

1.相位法

波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。

在波的传播方向上任何两点，如果其振动状态相同或者其相位差为?

2的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即（为?

nnl?

一整数）。

若超声波发出的声波是平面波，当接收器面垂直于波的传播

方向时，其端面上各点都具有相同的相位。

沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射器的电信号同相。

继续移动接收器，直到找到的信号再一次与发射器的激励电信号同相时，移过的这段距离就等于声波的波长。

实际操作时，我们用的是利用李萨如图形寻找同相或反相时椭圆退化成直线的点。

2.驻波法

按照驻波动理论，超声波发生器发出的平面波经介质到接收器，若接收面与发射面平行，声波在接收面就会被垂直反射，于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。

当接收端面与发射头间的距离恰好等于半波长的整数倍时，叠加后的波?

。

当就形成驻波。

此时相邻两波节间的距离等于半个波长2发生器的激励频率等于驻波系统的固有频率（本实验中压电陶瓷的固有频率）时，会产生驻波共振波腹处的振幅达到最大值。

声波是一种纵波。

由纵波的性质知，驻波波节处的声压最大。

当发生共振时，接收端面处为一波节，接收到的声压最大，转换成的电信号也最强。

移动接收器到某个共振位置时，示波器上又会出现最强的信号，继续移动到某个共振位置，则?

两次共振位置之间的距离即为。

2．

实验仪器

声速测量仪、示波器、信号发生器。

1.驻波法测声速

（1）如图所示连接好电路，让和靠近并留有适当的空SS21隙，使两端面平行且与游标尺正交。

（2）根据实验给出的压电换能器的振动频率，将信号发生f器的输出频率调至附近，缓慢移动，当在示波器上看到Sf2正弦波首次出现振幅较大处，固定，在仔细微调信号发生S2器的输出频率，使荧光屏上图形振幅达到最大，读出共振频

实验内容及步骤

率。

f（3）在共振条件下，将移近，在缓慢移开，当示波器SSS221上出现振幅最大时，记下的位置Sx20（4）由近及远移动，逐次记下各振幅最大时的位置，连SS22续测10个数据…xxx,x,10,231（5）用逐差法计算出波长的平均值。

2.用相位法测声速

（1）调节示波器使，将“秒/格”旋钮旋至利用李萨Y?

X．

如图形观察发射波与接收波的相位差，找出同相点。

（2）在共振条件下，使靠近，然后慢慢移开，当示SSS221波器上出现倾斜线时，微调游标卡尺上的微调螺丝，使图?

45形稳定，记下的位置?

Sx20（3）继续缓慢移开，依次记下10个示波器上李萨如图形S2…为直线时游标卡尺的读数?

?

?

?

x,xx452110）用逐差法算出声波波长的平均值。

4（．

数据处理及记录

共振频率=37.613kHz

f1.驻波法数据记录如下（单位：

mm）：

x089.068x5111.756由上表可得下表（其中?

x123.391?

19.3564下面用逐差法求声波波长（x?

=x?

6589（116.==4.648mm则波长=?

=?

f?

v37.下面计算声波速度的不确定度先计算?

5?

?

（1k?

?

?

A5

x1

x2

x3

x4

93.198

97.976

102.679

107.185

x6

x7

x8

x9

x10

116.589

121.208

125.822

130.357

135.019

?

x单位：

cm），?

xx?

x?

?

i2?

?

i5ii?

i5x?

?

xxx?

?

534223.232

23.143

23.172

23.263

?

?

?

?

53429.29289.25729.26889.3052x）?

（x?

x）?

?

?

（x?

x）57121025）756130.357?

111.?

121）?

（.208?

97.976）?

?

（198?

93.mm25=9.296x2?

mm33?

s/7m.m/s?

10?

613109?

.296?

349的不确定度，2?

）?

kt=0.0466mm=0.01mm?

950.?

B1?

5．

从而=0.0476mm，0.01kHz

22?

u?

?

?

?

u?

fBA?

lnv?

lnv2222）（u）u）（?

（）（E?

?

fv?

?

f?

所以112222%5005?

?

）u0?

（）.（u?

（））（?

f?

f求出sm/?

1.748349?

.653?

0.5%u?

vEvvv?

（349.7?

1.7）m/s?

实验结果为?

E?

0.5%?

v

）相位法数据记录（单位：

mm2.?

x0138.942?

x6194.902从而得到下表（?

x?

146.722?

19.344

?

（x=?

?

x?

?

6则?

fv?

?

?

x1

?

x2

?

x3

?

x4

?

x5

148.180

157.406

166.548

175.821

184.903

?

x7

?

x8

?

x9

?

x10

?

x5

203.355

212.676

222.072

231.213

?

x?

单位：

mm，）?

?

?

?

x?

x?

?

xi?

i?

i5ii5?

?

?

?

?

xx?

?

x34245.895

46.128

46.251

46.310?

?

?

?

53429.1799.2269.2509.262?

?

?

?

?

）?

x?

）?

?

（xx?

x）?

（x?

=9.252mm210715253?

3sm.?

102529?

.3761310?

.?

/ms3479/

下面计算声波速度的不确定度

先计算的不确定度，?

5?

2?

?

）?

（kt=0.0729mm=0.01mm?

950.1?

k?

?

?

BA15?

5从而=0.0736mm，0.01kHz

22?

u?

?

?

u?

?

fBA?

lnv?

lnv2222）u（E?

（））（u）（?

?

fv?

?

f?

所以112222%7007）?

?

）（u0?

（）.（u?

（）?

f?

f求出sm/?

2.4347?

.9?

0.7%u?

vEvvv?

（347.9?

2.4）m/s?

实验结果为?

E?

0.7%?

v

实验结果分析及小结

1.驻波法实验结果表示为

v?

（349.7?

1.7）m/s?

?

E?

0.5%?

v2.相位法实验结果表示为

v?

（347.9?

2.4）m/s?

?

E?

0.7%?

v误差分析：

（1）发射换能器与接受换能器之间可能不是严格的驻波场

（2）仪器的螺距误差可能存在

（3）示波器上波形线条较粗，判断振幅最大有视觉误差

（4）观察李萨如图形时，并不能十分准确控制每一次图形变

成直线时都是严格的直线

）调节超声波共振频率会有一定误差。

5（．

实验的收获、总结、体会

1.这次的实验让我有耳目一新的感觉，因为确实是第一次一开始完全靠自己去完成一个实验，当时做实验的时候觉得确实挺难的，很多术语概念不熟悉，但是正是因为这样的一种新的做实验的模式，才体现了大学生要学会自主学习、自主完成任务的意识。

尽管实验的两个小时里面并不能够将这个实验所涵盖的所有有关知识都学会，但是却能够对这个实验有了深刻的印象，而且在后来老师总结后，也能真正理解实验原理了，并不仅仅局限于实验数据的记录。

2.其次，我觉得这个实验测声速的方法还有其他用处，不仅仅是测得声波的速度，还可以测得其他一些以波的形式传播的物质的速度。

比如假设实验仪器够精密，以此实验的实验方法，利用光具有波的性质，是可以测出光速的。

实验原始数据