超声波测声速实验报告

声速测量

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一、【实验名称】 声速的测量

二、【实验目的】

1.了解超声波产生和接收的原理，加深对相位概念的理解。

2.学会测量空气中的声速。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量之间的关系。

4.学会用逐差法处理实验数据。

三、【实验仪器】

示波器、信号发生器和声速仪

四、【实验原理】

由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v＝λf，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。剩下的就是测量声速的波长，这就是本实验的主要任务。

下面介绍两种常用的实验室测量空气中声波波长的方法。

1. 相位比较法

实验接线如上图所示。波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在声波传播方向上，所有质点的振动相位逐一落后，各点的振动相位又随时间变化。声波波源和接收点存在着相位差，而这相位差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的相位关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形来观察。示波器相位差φ和角频率ω、传播时间t 之间有如下关系：φ=ω·t

ω=2π/T t=l/v λ=Tv

代入上式得：φ=2πl/λ

当l=nλ/2(n=1,2,3,……）时，可得Φ=nπ

由上式可知：当接收点和波源的距离变化等于一个波长时，则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期（即Φ＝2π）。

实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。当相位差改变π时，相应距离l的改变量即为半个波长。

2. 驻波法

如上图所示，实验时将信号发生器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上，超声发射换能器通过电声转换，将电压信号变为超声波，以超声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强）最小，而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。

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----------------精选公文范文---------------- 1 超声波波速的测量实验报告

篇一：超声波测量声速---大学物理仿真实验报告

超声波测光速---仿真实验报告

实验日期：教师审批签字： 实验人：

审批日期：

一、实验目的

1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。

3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。

二、实验仪器及仪器使用方法

（一）实验仪器

1 超声声速测定仪（主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺） ○

2 函数信号发生器 ○3 示波器。 ○

（二）仪器使用方法

1、连接测量电路。连线时鼠标选中---------------------------------精选公文范文--------------------------

----------------精选公文范文---------------- 2 接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。如已有连线，则此操作将去掉连线。鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。

2、调整仪器。双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。

（1）示波器的使用与调整。请先调整好聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。

（2）信号发生器的调整。频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。 ---------------------------------精选公文范文--------------------------

大物实验报告声速的测定

篇一：大学物理实验报告-声速的测量

实验报告 声速的测量

【实验目的】 1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速

2.学会用逐差法进行数据处理； 3.了解声速与介质参数的关系。

【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在

超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。 超声波的发射和接收一般通过电磁振动

与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和

磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为：vf(1)由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可

用v?L/t(2)表 示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，

也可获得声速。 1. 共振干涉法

实验装置如图1所示，图中S1和S2为压电晶体换能器，S1作

为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于

逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声

波；S2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当S1和S2的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，

当两个平面间距L为半波长的整倍数，即 L=n×， n=0，1，2，„„(3)

2λ

时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2nπ(n=1，2 „„)，因此形成共振。

因为接收器S2的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振

时，接收器的输出会出现明显增大。从示波器上观察到的电信号

幅值也是极大值(参见图2)。 图中各极大之间的距离均为λ/2，由于散射和其他损耗，各级

大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器S2的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值

超声光栅测量声速实验报告

一、实验目的

1、 了解超声光栅产生的原理。

2、 学会使用超声光栅测量液体中的声速。

3、 掌握分光计的使用方法。

二、实验原理

当超声波在液体中传播时，液体的疏密分布会发生周期性变化，从而形成超声光栅。类似于光学中的光栅，超声光栅可以使入射光发生衍射。

根据光栅衍射方程，衍射条纹的位置与光栅常数、入射光波长以及衍射级数有关。在超声光栅实验中，光栅常数等于超声波的波长。

超声波在液体中的传播速度 v 与超声波的频率 f 和波长 λ 之间的关系为 v ＝ fλ。通过测量衍射条纹的间距和分光计的角度，可计算出超声波的波长，进而求得声速。

三、实验仪器

分光计、超声光栅实验仪、钠光灯、测微目镜等。

四、实验步骤

1、 仪器调节 （1）将分光计调节至水平状态，使望远镜、平行光管的光轴与中心转轴垂直。

（2）调节望远镜，使其能够清晰地看到叉丝和反射回来的十字像。

2、 超声光栅的产生

（1）在超声光栅实验仪的液槽中注入适量的待测液体（如水）。

（2）打开超声光栅电源，调节频率，使液体中产生稳定的超声光栅。

3、 观察衍射条纹

（1）将钠光灯作为光源，通过平行光管照射液槽中的超声光栅。

（2）在望远镜中观察衍射条纹，并调节测微目镜，使条纹清晰可见。

4、 测量衍射条纹间距

（1）转动望远镜，测量各级衍射条纹与中央条纹的间距。

（2）为减小误差，对同一级条纹进行多次测量，并取平均值。

5、 测量衍射角

（1）根据分光计的读数系统，读取各级衍射条纹对应的角度。

（2）同样进行多次测量，求平均值。

6、 数据处理与计算 （1）根据测量得到的条纹间距和衍射角，利用光栅衍射方程计算超声波的波长。

（2）已知超声波的频率，计算出声速。

五、实验数据及处理

以下是实验中测量得到的数据：

｜衍射级数|条纹间距（mm）｜衍射角（度）｜

｜｜｜｜

｜1|＿____|＿____|

｜2|＿____|＿____|