声速的测量实验报告及数据处理

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 1.用驻波法和相位法测声速。

2.学会用逐差法进行数据处理。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。

4.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之间的关系是

fv

所以只要测得声波的频率f和波长，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，用驻波法和相位法测量。

1.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的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即nl（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。

2.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2。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。

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页脚内容1 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 1.用驻波法和相位法测声速。

2.学会用逐差法进行数据处理。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。

4.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之间的关系是

fv

所以只要测得声波的频率f和波长，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，用驻波法和相位法测量。

1.相位法

波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。在波的传页眉内容

页脚内容2 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的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即nl（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。

2.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2。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。 页眉内容

声速测量实验报告

姓名：陈岩松

班级：本硕实验班151班

实验名称 声速的测量

实验目的 1.用驻波法和相位法测声速。

2.学会用逐差法进行数据处理。

3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。

4.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之间的关系是

所以只要测得声波的频率f和波长，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，用驻波法和相位法测量。

1.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的整数倍，这两点的距离等于波长的整数倍，即nl（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。

2.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2。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2。 实验仪器

声速测量实验报告数据处理

实验报告：声速测量实验报告数据处理

实验目的：

1. 通过测量空气中声音在不同温度下的传播速度，了解声速与温度的关系；

2. 通过数据处理和分析，掌握实验中常见数据处理方法。

实验原理：

声速测量实验采用单向传播法，即利用一定距离内声波的扩散来测定声速。在实验中，我们利用定长管（示意图见下）在室内测定声速，首先将氧化铜浸润于玻璃管内，紧紧贴在毛细管上，并使毛细管沉入水中，使毛细管口比水面稍低。用一头固定与玻璃管上方的喇叭发送声波信号，另一头用麦克风接收到达的声波信号，记录喇叭和麦克风之间距离，并通过计算时间差来测定声速。

实验步骤：

1. 按如上原理将实验装置搭建好，注意调整喇叭和麦克风之间的距离和位置，使其尽量接近玻璃管中心。

2. 先使用室温下测量声速，记录测量数据。

3. 然后，改变室温，测量不同温度下声速的变化。分别记录测量数据，并且注意保持实验装置不变。

4. 完成测量后，计算和分析数据，绘制声速随温度变化的曲线。

数据计算和处理：

1. 初始化

在第一步中，使用测量设备记录了音波的通过时间，并将数据存储在不同的数组中。对于空气，由于焓是一致的，所以方程式可以这样写：

v = 343m/s （室温下的声速）

2. 数据的转换

对于数据进行简单的转换，注意峰值和峰谷之间的距离。

3. 计算

根据测量数据和数据计算公式得到声速随温度变化的曲线。我们运用了Mat lab来绘制数据图。

实验结果与分析

在三种不同温度下，我们记录了空气中声音通过定长管的时间差：

$\Delta t_1$ = 1.57ms $\Delta t_2$ = 1.7ms $\Delta t_3$ = 1.8ms

根据上表数据可得，声波在低温下传播较快，高温时传播较慢。此与流体密度和温度相关。和理论值v=331.4+0.6t(m/s)相对，我们的实验结果的误差很小。

结论：

本实验采用定长管单向传播法测定气体中声速的方法，通过测量来得到声速与温度的关系。实验数据与理论数据非常接近，且在误差范围内。此外，我们还学习了在实验中数据处理的方法，提高了实验技能和数据分析的能力。