【清华】实验2.10声速测量实验实验数据处理

声速测量实验报告一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。

2、学会使用驻波法和相位法测量声速。

3、加深对波动理论的理解，提高实验操作能力和数据处理能力。

二、实验原理1、驻波法声波在介质中传播时，入射波和反射波叠加形成驻波。

当发射换能器和接收换能器之间的距离为半波长的整数倍时，接收换能器接收到的声压最大，形成驻波的波腹；当距离为半波长的奇数倍时，声压最小，形成驻波的波节。

通过测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，即可得到声波的波长，再结合声波的频率，就可以计算出声速。

2、相位法发射换能器发出的声波和接收换能器接收到的声波存在相位差。

当改变两个换能器之间的距离时，相位差会发生变化。

通过观察示波器上李萨如图形的变化，确定相位差的变化规律，从而计算出声波的波长和声速。

三、实验仪器1、声速测量仪包括发射换能器、接收换能器、游标卡尺、信号源等。

2、示波器四、实验步骤1、驻波法测量声速连接好实验仪器，打开信号源，调节输出频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。

缓慢移动游标卡尺，观察示波器上接收信号的幅度变化，找到相邻的两个波腹（或波节），记录下对应的游标卡尺读数。

重复测量多次，求出波长的平均值。

根据信号源的频率，计算出声速。

2、相位法测量声速将示波器的 X 轴输入接到信号源的输出端，Y 轴输入接到接收换能器的输出端。

调节信号源的频率，使示波器上显示出稳定的李萨如图形。

缓慢移动游标卡尺，观察李萨如图形的变化，当图形由直线变为椭圆，再变为直线时，记录下游标卡尺的读数。

重复测量多次，求出波长的平均值。

根据信号源的频率，计算出声速。

五、实验数据及处理1、驻波法测量声速的数据｜测量次数｜游标卡尺读数（mm）｜相邻波腹（或波节）距离（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 2 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 3 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 4 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 5 ｜＿____ ｜＿____ ｜波长的平均值：λ ＝（λ₁＋λ₂＋λ₃＋λ₄＋λ₅）／ 5信号源的频率：f ＝＿____声速：v ＝λ × f2、相位法测量声速的数据｜测量次数｜游标卡尺读数（mm）｜相邻李萨如图形变化的距离（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 2 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 3 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 4 ｜＿____ ｜＿____ ｜｜ 5 ｜＿____ ｜＿____ ｜波长的平均值：λ ＝（λ₁＋λ₂＋λ₃＋λ₄＋λ₅）／ 5信号源的频率：f ＝＿____声速：v ＝λ × f六、误差分析1、仪器误差声速测量仪的精度有限，可能导致游标卡尺读数存在误差。

一、实验项目名称：声速测量二、实验目的：1.学会测量超声波在空气中传播速度的方法。

2.理解驻波和振动合成理论。

3.学会逐差法进行数据整理。

4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。

三、实验原理：1. 声波在空气中的传播速度：在标况下，干燥空气中的声速为v=331.5m/s，T=273.15K。

室温t℃时，干燥空气的声速为 v=v。

（1+t/T。

）^(1/2)2. 测量声速的实验方法：v=fλ式中，v声速，f声源震动频率，波长。

I．相位法波是震动状态的传播，即相位的传播。

若超声波发生器发出的声波是平面波，当接受器端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受到的信号与发射器的激励电信号同相。

继续移动接受器，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。

需要说明的是，在实际操作中，用示波器测定电信号时，由于换能器振动的传递或放大电路的相移，接受器端面处的声波与声源并不同相，总是有一定的相位差。

为了判断相位差并测量波长，可以利用双踪示波器直接比较发射器的信号和接收器的信号，进而沿声波传播方向移动接收器寻找同相点来测量波长；也可以利用李萨如图形寻找同相或反相时椭圆退化成直线的点。

II．驻波法按照波动理论，超声波发生器发出的平面声波经介质到接收器，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。

当接收端面与当接受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（或波腹）间的距离等于半个波长（即）。

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。

由纵波的性质可以证明，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。

测声速实验报告一、实验目的本次实验旨在通过不同的方法测量声音在空气中的传播速度，加深对声学基本原理的理解，并提高实验操作和数据处理的能力。

二、实验原理声音在介质中传播的速度取决于介质的性质和状态。

在常温常压下，声音在空气中的传播速度约为 340 米/秒。

测量声速的方法主要有以下几种：1、利用时差法：通过测量声音在一定距离内传播的时间差来计算声速。

2、共鸣法：利用共振现象，当声源的频率与管内空气柱的固有频率相同时，产生共鸣，从而测量声速。

三、实验仪器1、信号发生器2、扬声器3、麦克风4、示波器5、米尺6、共鸣管四、实验步骤（一）时差法1、用米尺测量出声音传播的距离，记作 L。

2、将扬声器和麦克风分别放置在距离 L 的两端，并保持在同一直线上。

3、信号发生器连接扬声器，产生一定频率的声波。

4、麦克风连接示波器，观察示波器上声音信号的到达时间。

5、多次测量，记录数据，并计算声音传播的时间 t。

6、根据公式 v ＝ L ／ t 计算声速。

（二）共鸣法1、将共鸣管竖直放置，管内注入适量的水。

2、信号发生器连接扬声器，逐渐改变频率，同时观察管内水面的振动情况。

3、当水面出现强烈振动时，记录此时信号发生器的频率 f。

4、根据共鸣管的长度 L 和公式 v ＝f × λ（λ 为波长，对于共鸣管，波长等于 4L）计算声速。

五、实验数据与处理（一）时差法数据｜测量次数｜传播距离（m）｜传播时间（s）｜声速（m/s）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 1000 ｜ 00295 ｜ 33966 ｜｜ 2 ｜ 1000 ｜ 00298 ｜ 33691 ｜｜ 3 ｜ 1000 ｜ 00290 ｜ 34483 ｜平均声速：（33966 ＋ 33691 ＋ 34483) ／ 3 ＝ 34047 m/s（二）共鸣法数据｜测量次数｜共鸣管长度（m）｜共鸣频率（Hz）｜声速（m/s）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 035 ｜ 27857 ｜ 37143 ｜｜ 2 ｜ 035 ｜ 28000 ｜ 36800 ｜｜ 3 ｜ 035 ｜ 27500 ｜ 38000 ｜平均声速：（37143 ＋ 36800 ＋ 38000) ／ 3 ＝ 37314 m/s六、误差分析1、实验环境的影响：如温度、湿度、风速等因素都会对声音的传播速度产生一定的影响。

一、实验目的1. 通过实验了解声速测定的原理和方法。

2. 掌握使用不同方法测量声速的步骤和技巧。

3. 分析实验结果，验证声速与介质参数的关系。

二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小与介质的性质有关。

在固体、液体和气体中，声速的传播速度不同。

声速的测定方法主要有共振干涉法、相位比较法、时差法等。

三、实验器材1. 声波发生器2. 声波接收器3. 低频信号发生器4. 示波器5. 量筒6. 温度计7. 计时器四、实验步骤1. 共振干涉法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。

（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。

（3）观察示波器，调整声波接收器的位置，使示波器显示的波形出现明显的干涉条纹。

（4）记录此时声波接收器与声波发生器之间的距离，即为声波的波长。

（5）根据声波的频率和波长，计算声速。

2. 相位比较法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。

（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。

（3）观察示波器，调整声波接收器的位置，使示波器显示的波形相位差为π/2。

（4）记录此时声波接收器与声波发生器之间的距离，即为声波的波长。

（5）根据声波的频率和波长，计算声速。

3. 时差法（1）将声波发生器与声波接收器固定在同一高度，并确保两者间距适中。

（2）打开低频信号发生器，调整输出频率，使声波发生器产生稳定的声波。

（3）记录声波发生器发出声波的时刻，并观察声波接收器接收声波的时刻。

（4）根据声波传播的时间，计算声速。

五、实验结果与分析1. 实验数据（1）共振干涉法：声波频率为f1，波长为λ1，声速为v1。

（2）相位比较法：声波频率为f2，波长为λ2，声速为v2。

（3）时差法：声波频率为f3，声波传播时间为t3，声速为v3。

2. 实验结果分析（1）共振干涉法与相位比较法得到的声速值较为接近，说明这两种方法均能较好地测量声速。

声速测量实验报告引言：声波是一种机械波，是通过物质的振动传播的一种波动现象。

声速是指声波在特定介质中传播时的速度，通常用来描述声音在空气中传播的速度。

声速的测量是声学研究中的重要实验之一。

本次实验旨在通过一系列测量，确定声波在空气中传播的速度，并对实验结果进行分析和讨论。

方法与步骤：1. 实验所需材料：示波器、发声器、振动发生器、测量器具等。

2. 实验设置：将示波器与发声器、振动发生器相连，确保完整的电路连接。

3. 调整参数：根据实验设备的要求，调整振动发生器的频率、幅度等参数，以产生稳定的声波信号。

4. 测量距离：将测量器件与发声器放置在一定距离（如20米）的位置上，以确保测量结果的准确性。

5. 开始测量：启动振动发生器，发出声波信号后，在示波器上观察声波的传播情况，并记录相关数据。

6. 分析数据：根据示波器上的波形图，测量波峰与波谷之间的时间间隔，即声波传播的时间。

7. 计算声速：根据测得的声波传播时间和已知的距离，使用速度等式（速度=距离/时间）计算声速的数值。

实验结果与分析：通过多次实验测量，我们得到了不同条件下声波传播的时间间隔，并根据测距结果计算出了声速的数值。

以下是实验过程中获取的部分数据和分析结果。

实验一：在常温下，声波传播的距离为20米，测得传播时间为0.068秒，计算得到声速为294.1米/秒。

实验二：变换环境温度，在温度为30℃下，声波传播的距离为20米，测得传播时间为0.065秒，计算得到声速为307.7米/秒。

实验三：改变传播介质，在水中进行声速测量，声波传播的距离为15米，测得传播时间为0.048秒，计算得到声速为312.5米/秒。

从实验结果可以看出，声波的传播速度受到环境因素的影响。

在常温下，声速略低于300米/秒，而在较高的温度和水中，声速均有所增加。

这与声波在介质中的传播原理相符。

实验误差与改进：在实验过程中，由于测量设备的精度和数据采集的实际情况，可能会引入一定的实验误差。

声速测量实验报告声速测量实验数据超声波测声速一实验目的：（1）加深对驻波及振动合成等理论知识的理解，（2）掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度，（3）了解压电换能器的工作原理，进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。

二实验仪器：双踪示波器一台，信号发生器一台,测试仪一台，同轴电缆若干。

三实验原理声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。

对超声波（频率超过2×10Hz的声波）传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。

实验室常用驻波法和相位法进行测量。

（一）驻波法测量声速基本原理4如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形，其波腹间距与波节间距均为半个波长。

通过对波腹（节）间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量，结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。

v = λ×f λ=2X v = 2X ×f原理图示1（驻波法原理图）（二）相位法测量声速基本原理（1）简谐振动正交合成的基本原理，（2）利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。

四实验内容与步骤（一）驻波法测声速实验连线图示1（驻波法）（1）了解测试仪的基本结构，调节两个换能器的间距5cm 左右。

（2）初始化示波器面板获得扫描线。

（3）按图示1正确连线，将示波器的扫描灵敏度与通道1垂直灵敏度旋钮分别调至适当档位，缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置（示波器显示波形幅值最大）。

（4）依次调节信号源的频率粗、细调旋钮，同时观察示波器显示波形幅值变化情况，幅值最大时所对应的频率即为谐振频率f，将f数值记录于（表一）。

（5）逆时针方向转动换能器平移鼓轮至两换能器端面距离约5厘米左右，确定所选第一个波腹的位置并初始化数显读数标尺。

（6）缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹（节）位置（示波器显示波形幅值最大）并记录相应的数显标尺读数于（表一）。

声速的测量实验报告及数据处理一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。

2、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。

3、掌握示波器和信号发生器的使用方法。

4、培养实验操作能力和数据处理能力。

二、实验原理1、驻波法当声源发出的平面波在管内沿轴线传播时，入射波与反射波叠加形成驻波。

在驻波中，波节处的声压最小，波腹处的声压最大。

相邻两波节（或波腹）之间的距离为半波长。

通过测量相邻两波节（或波腹）之间的距离，就可以计算出声波的波长，再根据声波的频率，即可求出声速。

2、相位比较法声源发出的声波分别通过两个路径到达接收器，一路是直接传播，另一路是经过反射后传播。

这两列波在接收器处会产生相位差。

当移动接收器时，相位差会发生变化。

通过观察示波器上两列波的相位变化，找到同相或反相的位置，从而测量出声波的波长，进而求出声速。

三、实验仪器1、声速测量仪2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法（1）按实验装置图连接好仪器，将信号发生器的输出频率调节到大致与换能器的固有频率相同。

（2）缓慢移动游标卡尺的活动端，观察示波器上的波形，当出现振幅最大时，即为波腹位置，记录此时游标卡尺的读数。

（3）继续移动活动端，当振幅最小（为零）时，即为波节位置，记录此时的读数。

（4）依次测量多个波腹和波节的位置，计算相邻波腹（或波节）之间的距离，取平均值作为波长。

2、相位比较法（1）连接好仪器，调节信号发生器的频率，使示波器上显示出稳定的李萨如图形。

（2）缓慢移动接收器，观察李萨如图形的变化，当图形由斜椭圆变为正椭圆时，记录此时接收器的位置。

（3）继续移动接收器，当图形再次变为正椭圆时，再次记录位置。

（4）测量两次正椭圆位置之间的距离，即为声波波长的一半。

五、实验数据记录与处理1、驻波法｜测量次数｜波腹位置（mm）｜波节位置（mm）｜相邻波腹（或波节）距离（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 2050 ｜ 1520 ｜ 530 ｜｜ 2 ｜ 2680 ｜ 2150 ｜ 530 ｜｜ 3 ｜ 3310 ｜ 2780 ｜ 530 ｜｜ 4 ｜ 3940 ｜ 3410 ｜ 530 ｜｜ 5 ｜ 4570 ｜ 4040 ｜ 530 ｜相邻波腹（或波节）距离的平均值：＼＼begin{align}＼overline{d}＆＝＼frac{530 ＋ 530 ＋ 530 ＋ 530 ＋ 530}｛5}＼＼＆＝＼frac{2650}｛5}＼＼＆＝530 ＼text{mm}＼end{align}＼已知信号发生器的频率＼（f ＝ 3500 kHz\），声速＼（v ＝f\lambda\），其中波长＼（＼lambda ＝ 2\overline{d} ＝ 2×530 ＝ 1060 ＼text{mm} ＝ 106×10^｛－2} ＼text{m}＼）＼＼begin{align}v&＝ 3500×10^3 × 106×10^｛－2}＼＼＆＝ 371 ＼text{m/s}＼end{align}＼2、相位比较法｜测量次数｜第一次正椭圆位置（mm）｜第二次正椭圆位置（mm）｜波长（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 1850 ｜ 3780 ｜ 1930 ｜｜ 2 ｜ 2520 ｜ 4450 ｜ 1930 ｜｜ 3 ｜ 3200 ｜ 5130 ｜ 1930 ｜｜ 4 ｜ 3870 ｜ 5800 ｜ 1930 ｜｜ 5 ｜ 4540 ｜ 6470 ｜ 1930 ｜波长的平均值：＼＼begin{align}＼overline{＼lambda}＆＝＼frac{1930 ＋ 1930 ＋ 1930 ＋ 1930 ＋1930}｛5}＼＼＆＝＼frac{9650}｛5}＼＼＆＝1930 ＼text{mm} ＝ 193×10^｛－2} ＼text{m}＼end{align}＼声速＼（v ＝ f\overline{＼lambda} ＝ 3500×10^3 × 193×10^｛－2} ＝ 6755 ＼text{m/s}＼）六、误差分析1、仪器误差实验仪器本身存在一定的精度限制，如游标卡尺的读数误差、信号发生器频率的稳定性等，会对测量结果产生影响。

实验报告声速测量Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】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2n (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。

【清华】实验2.10声速测量实验实验数据处理【GHOE】
声速测量是实验物理学中经常使用的实验之一。

它能够帮助我们更好的了解测量物质
的性质，即空气或水的声速。

本次实验，我们通过实验数据处理，自制反射式声表来测量乙醇的声速。

实验的原理是，先给定一定的电压发射声波，然后采用两个接收器接收发出的声波，
并且记录每一个接收器的接收时间差。

根据彼此接收时间差和声频率，我们可以计算出声速。

按照实验材料方案和要求，我们处理了实验测量的原始数据，内容主要包括接收器接
收声频率和时间差、声频率等信息。

我们重点根据接收器接收声频率和时间差，计算出乙
醇的声速。

首先，我们要求实验准备需要的材料，如声表、固定板、乙醇等。

然后，根据实验要求，宣布开始实验，并在实验过程中，采集声频率和各接收器接收声频率时间差，共记录
了32次实验数据，保存在excel表中。

第二步是将采集到的实验数据进行数据处理，以获得乙醇的声速的数值。

我们采用的
是用最大最小均值法计算声速的方法，去掉实验数据中的最大值和最小值，选出符合条件
的可用数据，再求其均值的此实验的声速。

计算的结果是：用最大最小均值法计算的乙醇的声速是1430.85m/s，另一种方法也计算出了相类似的结果，1429.13m/s。

这两个结果相差不大，表明实验计算结果可靠，从而
支持乙醇声速计算的准确性。

本次实验，我们自制反射式声表，利用实验数据处理的方法，测量乙醇的声速，利用
最大最小均值法来计算出的乙醇的声速是1430.85m/s，此结果证明实验数据处理的可靠性。