用驻波法测声速

用驻波法测声速

实验目的

1. 学会用驻波法测空气中的声速

2. 学会用逐差法处理实验数据

实验仪器

由信号发生器读得，由 f即可求得声速。

实验原理

频率介丁 20Hz〜20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介丁

20kHz〜500MHZ勺称为超声波，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，易丁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。

使S1发出一平■面波。S2作为超声波接收头，把接收到的声压转换成交变的 正弦电压信号后输入示波器观察，示波器置扫描方式。 S2在接收超声波的同时

还反射一部分超声波。这样，由 S1发出的超声波和由S2反射的超声波在S1和 S2之间产生定域干涉。

当S1和S2之间的距离L恰好等丁半波长的整数倍时，即

L k一， k = 0 , 1, 2, 3 ••…； 2

形成驻波共振。任意两个相邻的共振态之间， S2的位移为，

L Lk 1 Lk (k 1)— k—— 2 2 2

所以当S1和S2之间的距离L连续改变时，示波器上的信号幅度每一次周期性变 化，相当丁 S1和S2之间的距离改变了 -。此距离$可由读数标尺测得，频率f

实验步骤

只有当换能器S1和S2发射面与接收面保持平行时才有较好的接收效果；为

了得到较活晰的接收波形，应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器 S1谐振

频率点处，才能较好地进行声能与电能的相互转换， 提高测量精度，以得到较好

的实验效果。 超声换能器工作状态的调节方法如下： 各仪器都正常工作以后,首先调节声速测

试仪信号源输出电压（100m\^500mQ|l］）,调节信号频率（在25〜45kHz）,观 察频率调整时接收波的电压幅度变化， 在某一频率点处（34.5〜37.5kHz之间）电

压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮，此频率即是压电换能器 S1、S2相匹配的频率点，记录频率v i ,改变S1和S2之间的距离，适当选择位 置（即：至示波器屏上呈现出最大电压波形幅度时的位置 ），再微调信号频率，如 此重复调整，再次测定工作频率，共测 5次，取平■均值一°。

将测试方法设置到连续波方式，把声速测试仪信号源调到共振工作频率（根据共 振特点观察波幅变化进行调节）。

在共振频率下，将S2移近S1处，依次记下各振幅最大时的读数标尺位置 1_1、1_2…共10个值；

记下室温t ；

实验数据

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

f Hz 37164 37165 37167 37168 37168 37169 37168 37169

Xn 8.060cm 8.500cm 8.968cm 9.422cm 9.890cm 10.360c

m 10.820c

m 11.276c

m

序号 9 1

16

f Hz 37169 37168 37168 37168 37168 37169 37169 37169

Xn 11.746c

m 12.204c

m' 12.660c

m 13.120c

m 13.590c

m 14.040c

m 14.500c

m 14.960c

m

实验数据处理

L1=3.782cm L2=3.774cm L3=3.776cm L4=3.770cm

L5=3.756cm L6=3.752cm L7=3.754cm L8=3.760cm

LN 平均值=3.7655cm 波长=LN/4=0.941cm

频率平均值=37168Hz

V 测=349.751m/s

V 理论=345.30m/s

E=1.289%