声速测量实验报告

声速测量实验报告 声速测量实验数据

一、实验目的

1、 了解声速测量的基本原理和方法。

2、 学习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。

二、实验原理

1、 驻波法

声波在介质中传播时，在入射波和反射波相遇处会形成驻波。驻波的相邻波腹（或波节）之间的距离为半波长。

通过测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，就可以计算出声波的波长。已知声波的频率，由公式 ＄v ＝ fλ$ （其中 ＄v$ 为声速，＄f$ 为频率，＄λ$ 为波长）即可求出声速。

2、 相位比较法

当发射波和接收波之间存在相位差时，通过示波器可以观察到李萨如图形。

改变接收端的位置，使相位差发生变化。当相位差变化一个周期，即李萨如图形从直线变为椭圆再变回直线时，接收端移动的距离等于一个波长。 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

连接实验仪器，将信号发生器的输出端连接到声速测量仪的发射端，将示波器的 CH1 通道连接到声速测量仪的接收端。

调节信号发生器的频率，使其在声速测量仪的谐振频率附近，观察示波器上的波形，找到最大振幅对应的频率，即为谐振频率。

缓慢移动声速测量仪的接收端，观察示波器上驻波的形成，记录相邻两个波腹（或波节）之间的距离。

重复测量多次，取平均值计算波长，进而求出声速。

2、 相位比较法

连接实验仪器，将信号发生器的输出端同时连接到示波器的 CH1

和 CH2 通道，将声速测量仪的接收端连接到示波器的 CH2 通道。

调节信号发生器的频率为声速测量仪的谐振频率。

缓慢移动声速测量仪的接收端，观察示波器上的李萨如图形，记录李萨如图形变化一个周期时接收端移动的距离。 重复测量多次，取平均值计算波长，求出声速。

五、实验数据

1、 驻波法测量数据

｜测量次数|相邻波腹（或波节）距离（mm）｜

｜｜｜

｜1|＿____|

测量声速的两种比较常用的方法及其原理：

直接法：直接法是通过测量声波在空气中传播的时间和距离来计算声速。在实验中，通常使用一个特制的装置，通过发射声波和接收声波的方式测量声波在空气中的传播时间和距离。具体的操作流程如下：

（1）发射声波，然后开始计时。

（2）当声波到达接收器时，停止计时。

（3）记录声波的传播距离和时间。

（4）根据公式 v=d/t 计算声速，其中 v 为声速，d 为声波传播距离，t 为声波传播时间。

共振法：共振法是利用管道或者容器的谐振特性来测量声速。在实验中，使用一个特制的装置，通过调整管道或容器的长度和调整共振频率来测量声速。具体的操作流程如下：

（1）在一个固定的频率下，调整管道或容器的长度，使得共振现象出现。

（2）测量共振频率，记录管道或容器的长度。

（3）根据公式 v=fλ 计算声速，其中 v 为声速，f 为共振频率，λ 为共振波长。

这两种方法测量声速的原理都是基于声波在介质中传播的速度和特性来实现的。声波在空气中传播的速度取决于空气温度、压力和湿度等因素，因此在实验中，需要考虑这些因素的影响并进行校正，以确保测量结果的准确性。

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。

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