声速测量实验报告之欧阳家百创编

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、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。

3、掌握示波器、信号发生器等仪器的使用方法。

4、培养实验数据处理和误差分析的能力。

二、实验原理1、驻波法声波在空气中传播时，入射波与反射波相互叠加形成驻波。

在驻波系统中，相邻两波节（或波腹）之间的距离为半波长的整数倍。

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，即可求得声速。

2、相位比较法发射波和接收波通过示波器显示时，其振动相位存在差异。

当改变接收端的位置，使发射波和接收波的相位差发生变化。

当相位差为 0 或π时，示波器上的图形会出现直线，通过测量两个直线位置之间的距离，即可求出波长，进而得到声速。

三、实验仪器1、信号发生器2、示波器3、声速测量仪（含超声换能器）4、游标卡尺四、实验步骤1、驻波法测量声速（1）按图连接好实验仪器，将超声换能器 S1 和 S2 分别接入信号发生器和示波器。

（2）调节信号发生器的输出频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。

（3）缓慢移动S2，观察示波器上的波形变化，当出现振幅最大时，即为波腹位置，记录此时 S2 的位置 x1。

（4）继续移动S2，当示波器上的波形振幅最小时，即为波节位置，记录此时 S2 的位置 x2。

（5）重复上述步骤，测量多组数据，计算相邻波腹（或波节）之间的距离，取平均值作为波长λ。

2、相位比较法测量声速（1）连接好实验仪器，将示波器置于“XY”工作方式。

（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出李萨如图形。

（3）缓慢移动 S2，观察李萨如图形的变化，当图形由椭圆变为直线时，记录此时 S2 的位置 x3。

（4）继续移动 S2，当图形再次变为直线时，记录此时 S2 的位置x4。

（5）重复上述步骤，测量多组数据，计算 x3 和 x4 之间的距离，取平均值作为波长λ。

五、实验数据1、驻波法测量数据｜测量次数｜波腹位置 x1（mm）｜波节位置 x2（mm）｜相邻波腹（或波节）距离Δx（mm）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 3520 ｜ 6850 ｜ 3330 ｜｜ 2 ｜ 4250 ｜ 7580 ｜ 3330 ｜｜ 3 ｜ 5020 ｜ 8350 ｜ 3330 ｜｜ 4 ｜ 5800 ｜ 9130 ｜ 3330 ｜｜ 5 ｜ 6580 ｜ 9910 ｜ 3330 ｜平均值：Δx ＝ 3330mm2、相位比较法测量数据｜测量次数｜第一次直线位置 x3（mm）｜第二次直线位置 x4（mm）｜波长λ（mm）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 2560 ｜ 5890 ｜ 3330 ｜｜ 2 ｜ 3280 ｜ 6610 ｜ 3330 ｜｜ 3 ｜ 4000 ｜ 7330 ｜ 3330 ｜｜ 4 ｜ 4720 ｜ 8050 ｜ 3330 ｜｜ 5 ｜ 5440 ｜ 8770 ｜ 3330 ｜平均值：λ ＝ 3330mm六、数据处理已知实验中信号发生器的输出频率 f ＝ 3500kHz，根据公式 v ＝fλ，可得声速 v：驻波法：v ＝fΔx ＝ 3500×10³Hz×3330×10⁻³m ＝ 11655m/s相位比较法：v ＝fλ ＝ 3500×10³Hz×3330×10⁻³m ＝ 11655m/s七、误差分析1、仪器误差（1）游标卡尺的精度有限，可能导致测量的距离存在误差。

西安理工大学实验报告课程名称：普通物理实验专业班号：应物091 组别： 2姓名：赵汝双学号： 3090831033实验名称：超声光栅测液体中的声速 实验目的1. 了解超声光栅产生的原理。

2. 了解声波如何对光信号进行调制3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。

实验原理1. 超声光栅光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。

超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。

此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。

超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。

在一定条件下前进波与反射波可以形成驻波。

由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。

在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长Ａ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图（１）所示。

图（１）２．超声光栅册液体中的声速如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。

图２实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生周期性变化如图２(a)，即02(,)sin()s z t Z A πρρρω=+∆- （１－１）式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。

误差理论与数据处理欧阳家百（2021.03.07）研究性教学课程名称：误差理论与数据处理设计题目：超声波声速测量的误差分析院系：机械与电子控制工程学院班级：测控1103班设计者：晏雯秀（11222086）赵璐（11222079）郑海冰（11222081）朱崇巧（11222084）周杏芳（11222083）指导教师：孙艳华超声波声速测量的误差分析摘要 : 针对学生在超声波声速测量实验中存在的测量数据误差的问题 , 分析了实验中各种可能的误差来源 , 同时也指出了减小误差的相应措施 , 使学生对该实验的误差来源更清楚。

关键词: 超声波; 谐振频率; 共振干涉频率; 误差声波是在弹性媒质中传播的一种机械波。

对声波特性如频率、声速、波长、声压衰减等的测量是声学应用技术中的主要内容之一。

在物理实验中,进行声速测量一般采用的是频率大于20 kHz以上的超声波。

由于其频率高、波长短, 所以超声波具有定向好、功率大、穿透力强、信息携带量大、能引起空化作用以及引起许多特殊效应(如凝聚效应和分离效应) 的优点。

在工业、农业、国防、生物医学和科学研究等各个领域存着广泛的应用 ,如超声无损检测、超声波测距和定位、测量气体温度瞬间变化、测液体流速、测材料弹性模量等等。

对声速进行测量, 在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要意义。

超声波声速的测量方法一般有共振干涉法和相位比较法两种 , 本文主要对共振干涉法中的实验误差作简要分析。

一、共振干涉法原理超声波声速的测量公式是v = fλ, 其中 , f为超声波频率 , 等于发射换能器的谐振频率, 可由频率计直接读出; λ 为本实验所要测量的量 , 为超声波波长。

基本原理是利用频率计输入电压的激发 ,通过逆压电效应 , 使压电陶瓷片处在共振状态 , 使陶瓷体产生机械简谐振动, 从而发射出简谐超声波。

超声波在空气中传播遇到接收换能器反射面发生反射 , 反射波与入射波叠加形成驻波 , 利用接收换能器对超声波进行接收。

大学物理仿真实验实验报告试验日期：实验者：班级：学号：超声波测声速一实验原理由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，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。

声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。

下图是超声波测声速实验装置图。

驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：( n =0,1,2,3……)的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：( n =0,1,2,3……)二实验仪器1）声速的测量实验仪器包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器2）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。

3）函数信号发生器提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。

4）示波器示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。

并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。

三实验内容1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。

3．用相位比较法测波长和声速。

*注意事项1．确保换能器S1和S2端面的平行。

2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f 0保持一致。

三 数据记录与处理1．基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2． 驻波法测量声速λ的平均值：==∑=16i i λλ 1.0585（cm ）λ的不确定度：)1()(612--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪∆=332λu 0.000544（cm ）=+=22λλλσu S 0.021（mm ） 计算声速：50.354==λυf （m/s ）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=0.8%3． 相位比较法测量声速λ的平均值：==∑=171i i λλ 1.1041（cm ）λ的不确定度：)1()(712--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+7-1i ) /7，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪∆=372λu 0.000233（cm ）=+=22λλλσu S 0.020（mm ） 计算声速：31.353==λυf （m/s ）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%四实验结论1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s五实验思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。

声速测量实验报告一、引言声速测量实验，听起来是不是有点高深？其实，它就像一场与声音的亲密对话。

声音从何而来？它如何在空气中穿行？这一切都在我们的实验中得到了答案。

1.1 实验目的我们的目标很简单。

想要测量声速，理解声音在不同介质中的传播特点。

说到底，声音的速度是个不可或缺的知识点，生活中随处可见，比如，听到雷声的时间比看到闪电的时间晚，这就是声速的直观体现。

1.2 实验原理声速公式可不复杂。

它可以通过公式 v = d/t 来计算，其中 v 是声速，d 是距离，t 是时间。

简单吧？声波在空气中的传播速度大约是343米每秒，这个速度受温度、湿度等因素影响。

实验的过程中，我们需要通过实际测量来验证这个公式的准确性。

二、实验材料与步骤2.1 实验材料我们准备了一些必要的设备。

首先是一个发声装置，比如小喇叭或是音叉。

其次是一个计时器，最好是电子秒表，这样更精准。

再就是量测距离的工具，比如卷尺或者激光测距仪。

2.2 实验步骤步骤也不算复杂。

首先，确定发声和接收声音的位置。

我们选择了一个开阔的地方，这样声波传播不会受到太多干扰。

然后，测量发声装置和接收装置之间的距离，记住这个数值。

接下来，发出声音的瞬间启动计时器，等到听到声音时停止计时。

这个过程需要几次重复，以确保数据的准确性。

2.3 数据记录与处理所有的数据都要详细记录下来。

多次实验的结果进行统计，取平均值，来提高我们的测量精度。

这一过程有点繁琐，但却是确保结果可靠的重要一步。

三、实验结果与分析3.1 结果展示经过几轮实验，我们得到了几个结果。

声速在343米每秒左右，波动不大。

大部分情况下都在这个范围内，甚至有些测量值略高或略低。

温度也确实对声速有影响，天气稍冷的时候，速度会下降。

3.2 结果分析分析数据的时候，发现温度变化与声速的关系非常明显。

天气热的时候，声音传播得更快，可能是因为空气分子活动更频繁。

我们的实验数据清楚地显示了这一点。

还有，不同的发声方式也会影响结果。

实验报告欧阳家百（2021.03.07）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：v fλ=⋅(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/=(2)表v L t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，图中和为压电晶体换能器，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；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。

当和的表面近似平行时，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(3)时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。

因为接收器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，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。

2.相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。

沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。

声速的测定实验报告1、实验目的（1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。

（2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。

（3）学会用逐差法处理数据。

2、实验仪器超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B、示波器ST16B。

3、实验原理3．1 实验原理V=。

如声速V、频率f和波长λ之间的关系式为λf果能用实验方法测量声波的频率f和波长λ，即可求得声速V。

常用的测量声速的方法有以下两种。

3．2 实验方法3．2．1 驻波共振法（简称驻波法）S1发出的超声波和S2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。

当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。

驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中，S1、S2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为：3,2,1,2==n n L λ（1）即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。

在示波器上得到的信号幅度最大。

当L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。

移动S 2，可以连续地改变L 的大小。

由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即S 2所移过的距离为：()22211λλλ=⋅-+=-=∆+n n L L L n n （2）可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L 改变了2λ。

此距离2λ可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据f V ⋅=λ，就可求出声速。

3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法）在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。

其轨迹方程为：()()φφφφ122122122122-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Sin Cos A A XY A Y A X （5） 在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。

大学物理实验超声波速测量实验报告一实验目的1.了解超声波的物理特性及其产生机制；2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据；3.测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数；4.并运用超声波检测声场分布。

5.学习超声波产生和接收原理，6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。

7.观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射二实验条件HLD-SV-II型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪三实验原理1、超声波的有关物理知识声波是一种在气体。

液体、固体中传播的弹性波。

声波按频率的高低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz），如下图。

声波频谱分布图振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波：横波：质点振动方向和传播方向垂直的波，它只能在固体中传播。

纵波：质点振动方向和传播方向一致的波，它能在固体、液体、气体中的传播。

表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，介质表面的质点做椭圆的振动，因此表面波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。

板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH 波与兰姆波。

超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特的特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远，而且在液体里的衰减和吸收是比较低的；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。

2、理想气体中的声速值声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，因此传播速度可表示为μrRT=V (1)式中R 为气体普适常量(R=8.314J/(mol.k))，γ是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)，μ为分子量，T 为气体的热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则：t T T +=0 K T 15.2730=代入式(1)得，000001V 1)(V T t T t T rRt T rR ++⋅+=＝＝μμ (2)对于空气介质，0℃时的声速0V =331.45m /s 。

声速测量综合实验实验报告1. 学习使用示波器和函数发生器进行测量。

2. 通过测量声波在空气中传播的时间和距离，计算声速。

实验仪器：1. 示波器2. 函数发生器3. 麦克风4. 电脑实验原理：声速是声波在介质中传播的速度，它与介质的密度和弹性模量有关。

一般情况下可以通过测量声波传播的时间和路径长度来计算声速。

实验步骤：1. 将示波器和函数发生器连接电源，并打开电源开关。

2. 将函数发生器的输出信号连接至扬声器，并调节函数发生器的频率和幅度。

3. 将声音从扬声器传至麦克风，用示波器观察到声音的波形。

4. 调节函数发生器的频率，使其产生合适的声音，并记录下信号的频率和振幅。

5. 使用示波器测量声波传播的时间和路径长度。

6. 根据测得的时间和路径长度计算声速。

实验数据：1. 函数发生器的频率：f = 1 kHz2. 函数发生器的振幅：A = 1 V3. 测量声波传播的时间：t = 10.3 ms4. 测量声波传播的路径长度：L = 1 m实验结果：根据公式声速（v）=路径长度（L）/ 传播时间（t），代入实验数据可得：声速（v）= 1 m / (10.3 x 10^-3 s) = 97.1 m/s实验讨论：1. 实验中采用函数发生器产生的声音可能存在一定的误差，因为函数发生器的输出信号可能存在畸变。

2. 麦克风的灵敏度对于实验结果也可能产生一定的影响。

3. 实验中测量声波传播的时间和路径长度的准确性也对最终结果有影响。

实验结论：通过该实验，使用示波器和函数发生器成功进行了声速测量。

根据实验数据计算得到声速为97.1 m/s。

但是实验中仍存在一定的误差，需要进一步改进实验设备和测量方法，提高实验的准确性和精确度。

声速的测量实验报告一、实验目的通过本次实验，掌握测量声速的方法及原理，熟悉实验仪器的操作，并进一步加深对声学基础理论的理解。

二、实验器材•信号发生器、功放器•话筒•扬声器•Oscilloscope•PC机三、实验原理声速指的是在自由空气中声波传播的速度。

实验使用的原理是产生谐振，求出谐振频率，进而计算出波长和声速的值。

实验中使用两个分别为x和x+l的话筒，用扬声器向话筒内产生声音。

由于声音在两个话筒之间反射，从而产生谐振。

此时，发生器的频率即为一共振频率。

当两个话筒之间的距离为整数倍的半波长时，声波信号会在两个话筒之间构成明显的谐振。

根据声波波长、振幅、频率之间的关系，公式为：$\\lambda=4(x_l - x)$， $v_s=f\\lambda$。

四、实验步骤1.连接仪器：将信号发生器和功放器连接到扬声器上，将话筒和示波器连接。

2.调整扬声器音量至较小的幅度，并调整发生器频率。

3.将两个话筒放置在合适位置，打开附近的窗户保证室内空气流通，调节话筒位置以保证话筒下方的空气流畅。

4.调节发生器频率直到观察到谐振现象，记录下其频率f。

5.移动一个话筒，调节其位置，直至观察到下一个谐振现象，记录此时的频率f′。

6.重复步骤5，直到观察到5个不同的谐振现象，记录各自的频率和距离x l−x。

7.对于每一个谐振现象，使用公式：$\\lambda=4(x_l-x)$计算出波长，并使用公式：$v_s=f\\lambda$计算出声速的值，记录到实验数据表中。

8.最终计算所得的声速的平均值为本次实验的测量值。

五、实验数据以下为本次实验所获得的数据：序号频率f（Hz）x l−x（m）波长$\\lambda$（m）声速v s（m/s）1 332.47 0.125 0.500 166.232 665.86 0.250 0.500 332.933 998.74 0.375 0.500 499.374 1332.09 0.5 0.50 666.045 1665.90 0.625 0.500 832.95六、实验结论通过本次实验，我们成功地使用谐振的方法测量了自由空气中声音的速度，获得了声速v s的落差数据。