声速测量实验报告.docx

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、声源振动频率和波长之间的关系是

所以只要测得声波的频率和波长,就可以求得声速。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,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
的整数倍,这两点的距离等于波长的整数倍,即(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。
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,叠加后的波就形成驻波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长。当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。
实验仪器
声速测量仪、示波器、信号发生器。
实验内容及步骤
驻波法测声速
如图所示连接好电路,让和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,将信号发生器的输出频率调至附近,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,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,读出共振频率。
在共振条件下,将移近,在缓慢移开,当示波器上出现振幅最大时,记下
的位置
由近及远移动,逐次记下各振幅最大时的位置,连续测10个数据…
用逐差法计算出波长的平均值。
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,当示波器上出现倾斜线时,微调游标卡尺上的微调螺丝,使图形稳定,记下的位置
继续缓慢移开,依次记下10个示波器上李萨如图形为直线时游标卡尺的读数…
用逐差法算出声波波长的平均值。
数据处理及记录
共振频率=
驻波法数据记录如下(单位:mm):













由上表可得下表(其中, 单位:cm)











下面用逐差法求声波波长
=
=
=
则波长==
=
下面计算声波速度的不确定度
先计算的不确定度,
= =
从而=,
所以
求出
实验结果为
(单位:mm)











从而得到下表( ,单位:mm)











==
则
下面计算声波速度的不确定度
先计算的不确定度,
= =
从而=,
所以
求出
实验结果为
实验结果分析
及小结
驻波法实验结果表示为

相位法实验结果表示为

误差分析:
发射换能器