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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
用驻波法和相位法测声速。
学会用逐差法进行数据处理。
了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。
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v、声源振动频率f和波长九之间的关系是
V = fk
所以只要测得声波的频率f和波长丸，就可以求得声速V。其 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 Z，用驻波法和相位法测量。
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兀的
整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即 l=nk（ n为一
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 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。
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仃，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，叠加后的波就形 成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长 匕。当发生
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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
驻波法测声速
如图所示连接好电路，让 S和S2靠近并留有适当的空 隙，使两端面平行且与游标尺正交。
根据实验给出的压电换能器的振动频率 f，将信号发生 器的输出频率调至f附近，缓慢移动当在示波器上看到 正弦波首次出现振幅较大处，固定 S2，在仔细微调信号发生 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
在共振条件下，将S2移近0，在缓慢移开S2，当示波器 出现振幅最大时，记下S2的位置X。
由近及远移动S2，逐次记下各振幅最大时S2的位置，连 续测10个数据Xi, X2, X3,…X10
用逐差法计算出波长的平均值。
用相位法测声速
调节示波器使，将“秒/格”旋钮旋至X-Y利用李萨如 图形观察发射波与接收波的相位差，找出同相点。
在共振条件下，使S2靠近S1，然后慢慢移开S2，当示波 器上出现45倾斜线时，微调游标卡尺上的微调螺丝，使图形 稳定，记下的位置X0
继续缓慢移开S2，依次记下10个示波器上李萨如图形 为45直线时游标卡尺的读数％； x2,…x；o
用逐差法算出声波波长的平均值。
共振频率f=
（单位：mr）：
X0
X1
X2
X4





X5
X6
X7
X8
X9
X10






由上表可得下表（其中厶Xi二Xi .5-Xi空2单位：cm）
5
△x2
△X3
AX5





九2
>3
九4
'-5





下面用逐差法求声波波长
x = （ X6二Xi ）_（X7二X2 ） … （Xio二X5 ）
25
= ( —)+(—)十…+( —) mm
25
= mm
数据处理及记录
则波长■ =2 x = mm
v 二「= 1 03 1 0 ^m/^
F面计算声波速度的不确定度
先计算■的不确定度，
|5 _2
为(入k -》)t
7=\ = =
1 5-1