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《大学物理实验》
实
验
报
告
实验名称：空气中声速的测量
专业班级：组别：
姓名：学号：
合作者：日期：
然要求S1和S2端面严格平行？说明理由。
答：因为只有当S1和S2表面保持互相平行且正对时，S1和S2间才能形成驻波，才会出现波腹和波节，S2表面才会出现声压极大值，屏幕上才会出现正弦波振幅变化，由此可测超声波波长。
在相位比较法中不要求S1和S2端面严格平行。
因为相位比较法是通过李萨如图形来观察相位的变化，图形的形成是两个相互垂直的振动的叠加。
不需要形成驻波，故不要求S1和S2端面严格平行。
声速测定实验声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。
声波在媒质中传播时，声速，声衰减等诸多参量都和媒质的特性与状态有关，通过测量这些声学量可以探知媒质的特性及状态变化。
例如，通过测量声速可求出固体的弹性模量；气体、液体的比重、成分等参量。
在自由空间同一媒质中，声速一般与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。
由于超声波长短，易于定向发射，不会造成听觉污染等优点，我们通过测量超声波的速度来确定声速。
超声波在医学诊断，无损检测，测距等方面都有广泛应用。
实验目的1．了解超声换能器的工作原理和功能2．学习不同方法测定声速的原理和技术3．熟悉测量仪和示波器的调节使用4．测定声波在空气及水中的传播速度实验原理1.压电陶瓷换能器压电材料受到与极化方向一致的应力F时，在极化方向上会产生一定的电场E，它们满足线性关系：E=g·F反之，当在压电材料的极化方向上加电压E时，材料的伸缩形变S与电压E也呈线性关系：S=a·E系数g、a称为压电常数，它与材料性质有关。
本实验采用压电陶瓷超声换能器，将实验仪输出的正弦振荡电信号转换成超声振动。
压电陶瓷片是换能器的工作物质，它是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡，锆钛酸铅等)在一定的温度下经极化处理制成的。
在压电陶瓷片的前后表面粘贴上两块金属，组成的夹心型振子，就构成了换能器。
由于振子是以纵向长度的伸缩，直接带动头部金属作同样纵向长度伸缩，这样所发射的声波，方向性强，平面性好。
每一只换能器都有其固有的谐振频率，换能器只有在其谐振频率上，才能有效的发射(或接收)。
本实验中使用一个换能器作为发射器，另一个作为接收器，二换能器的表面互相平行，且谐振频率匹配。
2.声速的测量方法声速的测试方法可以分为两类。
第一类方法是直接根据速度关系式：v=S/t测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，该法称为“时差法”，这是工程应用中常用的方法。
第二类方法是利用波长频率关系式：v=f·λ测量出频率f和波长λ来计算出声速，测量波长时又可用“共振干涉法”或“相位比较法”，本实验可用上述三种方法测量气体、液体以及固体中的声速。
声速测定实验声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。
声波在媒质中传播时，声速，声衰减等诸多参量都和媒质的特性与状态有关，通过测量这些声学量可以探知媒质的特性及状态变化。
例如，通过测量声速可求出固体的弹性模量；气体、液体的比重、成分等参量。
在自由空间同一媒质中，声速一般与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。
由于超声波长短，易于定向发射，不会造成听觉污染等优点，我们通过测量超声波的速度来确定声速。
超声波在医学诊断，无损检测，测距等方面都有广泛应用。
实验目的1．了解超声换能器的工作原理和功能2．学习不同方法测定声速的原理和技术3．熟悉测量仪和示波器的调节使用4．测定声波在空气及水中的传播速度实验原理1.压电陶瓷换能器压电材料受到与极化方向一致的应力F时，在极化方向上会产生一定的电场E，它们满足线性关系：E=g·F反之，当在压电材料的极化方向上加电压E时，材料的伸缩形变S与电压E也呈线性关系：S=a·E系数g、a称为压电常数，它与材料性质有关。
本实验采用压电陶瓷超声换能器，将实验仪输出的正弦振荡电信号转换成超声振动。
压电陶瓷片是换能器的工作物质，它是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡，锆钛酸铅等)在一定的温度下经极化处理制成的。
在压电陶瓷片的前后表面粘贴上两块金属，组成的夹心型振子，就构成了换能器。
由于振子是以纵向长度的伸缩，直接带动头部金属作同样纵向长度伸缩，这样所发射的声波，方向性强，平面性好。
每一只换能器都有其固有的谐振频率，换能器只有在其谐振频率上，才能有效的发射(或接收)。
本实验中使用一个换能器作为发射器，另一个作为接收器，二换能器的表面互相平行，且谐振频率匹配。
2.声速的测量方法声速的测试方法可以分为两类。
第一类方法是直接根据速度关系式：v=S/t测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，该法称为“时差法”，这是工程应用中常用的方法。
第二类方法是利用波长频率关系式：v=f·λ测量出频率f和波长λ来计算出声速，测量波长时又可用“共振干涉法”或“相位比较法”，本实验可用上述三种方法测量气体、液体以及固体中的声速。
实验报告-声速测量实验报告：声速的测量实验报告声速的测量【实验项目】1.用共振干涉法测量空气中的声速2.用相位比较法测量空气中的声速3.时差法测量介质中的声速；4.用反射法测量挡板的距离【实验仪器】声速测量仪、FD-SV-D超声波测距综合试验仪、示波器【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v与其频率和波长的关系为：λ= (1)vf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=(2)/v L t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=nλ/2 n=0，1，2， (3)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后，即可由公式(1)求得声速。
第33卷第5期2020年10月Vol.33No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号:1007-2934（2020）05-0020-04测量空气摩尔质量的一种新方法高月科，刘艳峰,刘兴龙（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000）摘要：介绍了一种测量空气摩尔质量的新方法,以声速测量仪测量某一温度下的声速值为基础，通过推导声速与空气摩尔质量之间的关系，间接测量出了空气摩尔质量。
此方法测量原理简单，操作方便，测量结果与标准值相比,相对误差较小，说明该方法确实可行。
关键词：声速;测量;空气摩尔质量中图分类号：O4-33文献标志码：A D0l：10.14139/22-1228.2020.05.005摩尔质量是指单位物质的量的物质所具有的质量⑴。
空气属于混合气体，主要由氧气、氮气、二氧化碳等气体组成。
所以通常所说的空气的摩尔质量指的是组成空气的各种气体分子的摩尔质量的平均值（取平均时,按其丰度,计及权重进行平均）［2］。
干燥空气的摩尔质量在数值上约为28.9634g/mol,是一个平均数值。
在科研和实验中通常利用化学实验的方法来测量空气摩尔质量,而测量空气摩尔质量的物理实验方法较少。
声波是在介质中传播的一种机械波，其振动状态的传播是通过介质各点间的弹性力来实现的，因此波速决定于介质的状态和性质。
对于声波特性的测量（如频率、波速、波长、声压衰减、相位等）是声学应用技术中的主要内容;特别对声速的测量，了解被测介质特性或状态的变化具有重要意义。
在物理实验中，进行声速测量一般采用超声波,这是因为超声波具有定向好、波长短的特点。
采用的方法一般为干涉法和相位法［3］。
本文首先利用声速测量实验仪对空气中的声速进行了测量,分别利用了共振干涉法与相位比较法，然后依据声速与比热容比、摩尔气体常量之间的关系，间接得出空气的摩尔质量，并且与标准值进行比较。
下面主要介绍实验仪器、测量原理、测量方法以及最终的测量结果。
