下载文档原格式
声速的测量（超声波法）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，声强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测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。
在同一媒质中，声速基本与频率无关，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。
由于超声波具有波长短，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。
声速的测量方法可分为两类；第一类方法是直接根据关系式v＝S/t，测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，称为“时差法”。
第二类方法是利用波长频率关系式v＝fλ,测量出频率f和波长λ来计算出声速。
【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的技术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【实验仪器】QSSV-2型声速测定实验仪、示波器【实验原理】一、声速在空气中的传播速度在理想气体中声波的传播速度为v=（1）式中γ =Cp/Cv称为比热比，即气体定压比热容与定容比热容的比值，μ是气体的摩尔质量，Ｔ是绝对温度，Ｒ＝8.31441J/moL•K为普适气体常数。
由(1)式可见，声速与温度有关，又与摩尔质量μ及比热比γ有关，后两个因素与气体成分有关因此，测定声速可以推算出气体的一些参量。
利用（1）式的函数关系还可制成声速温度计。
在正常情况下，干燥空气成分按重量比为氮：氧：氩：二氧化碳＝78.084:20.946:0.934:0.033。
它的平均摩尔质量为0μ＝28.94×10-3kg/moL 在标准状态下，干燥空气中的声速为0v =331.5m/S 。
在温室t ℃下，干燥空气中的声速为0v v = （2）式中Ｔ0＝273.15K 。
由于空气实际上并不是干燥的，总含有一些水蒸气，经过对空气平均摩尔质量a μ和比热比γ的修正，在温度为t 、相对温度为t 0的空气中，声速为（3） 式中s p 为t ℃时空气的饱的和蒸气压，可从饱和蒸气压、蒸气压和温度的关系表中查出；Ｐ为大气压，取P =1.013×105Pa 即可；相对温度r 可从干湿温度计上读出。
声物理实验中心验目的1、学会用振幅法何位相法测定空气中的声速2、学习数字式函数发生器、示波器的使用3、了解声速测量的应用和发展录一、声速的特点二、声速的实验原理三、声速的测量原理1. 振幅法2. 相位法四1.声速测量仪2.传感器3.示波器4.信号发生器五、实验内容及现象六、有关声波研究的应用和发展频率在20～20000Hz 的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波。
声波是一种机械波。
频率超过20000Hz 的声波称为超声波。
声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。
μγRT=v 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，只取决于空气本身的性质，因此有γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质量，T -绝对温度15.273t 15.27345.331+=t v 由此可见，气体中的声速v 和温度T 有关，还与比热比γ及摩尔质量μ有关，后两个因素与气体成分有关。
因此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。
在标准状态下，0o C 时，声速为v o ＝331.45m ／s ，显然在t o C 时，干燥空气中声速的理论值应为由此我们也可以想象，在极地和赤道声音传播的速度是不同的。
返回本实验是对超声波波速的测量。
测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v、振动频率f和波长λ之间的基本关系，即v=f λ测出声振动频率f 和声波的波长λ，就可算出声波的波速v。
当然这仅仅是一种最简便的近似测量。
实验室中常利用，用振幅法、相位法测定波长λ，由函数发生器或示波器直接读出频率f。
振幅法振幅法也称驻波法。
发射器发出的声波近似于平面波。
经接收器反射后，波将在两端面间来回反射,并且叠加。
当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振，产生共振驻波现象，波幅达到极大。
由纵波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处于波腹。
位移声压S 1S 2三、测量原理返回相位法波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。
声速测量实验技术的使用教程声速测量是一项常用的实验技术，广泛应用于物理学、工程学和地球科学等领域。
它可以用来测量物质传播声波的速度，帮助研究人员更好地了解声波传播的特性和性质。
本文将介绍声速测量实验技术的基本原理和一些常见的实验方法。
1. 声速测量实验技术的基本原理声速是声波在介质中的传播速度，它与介质的密度和弹性模量有关。
实验中常用的声速测量方法包括传输时间法和驻波法。
传输时间法是通过测量声波从发射器到接收器的传输时间来计算声速。
实验中，首先要确定发射器和接收器之间的距离，并校准测量仪器。
然后，发射器发送一个脉冲声波，接收器接收到声波后，记录下声波的传输时间。
最后，根据声波传输距离和传输时间，计算得出声速。
驻波法是通过测量声波在管道或共振腔中的驻波的波长和频率来计算声速。
实验中，首先要调整管道或共振腔的长度，使得声波在内部产生驻波现象。
然后，通过改变频率或波长，记录下不同驻波模式的频率和波长。
最后，根据频率、波长和共振条件，计算得出声速。
2. 声速测量实验技术的实施步骤声速测量实验的实施步骤可以分为以下几个关键步骤：（1）实验准备：确定实验对象和测量方法。
根据实验要求选择合适的介质和实验装置，确定是采用传输时间法还是驻波法进行测量。
（2）实验设置：根据测量方法设置实验装置，包括发射器、接收器、传感器和测量仪器等。
确保仪器的正确连接和校准，以确保准确的测量结果。
（3）测量过程：按照实验要求进行测量。
对于传输时间法，根据设定的距离和测量仪器，记录声波的传输时间。
对于驻波法，调整管道或共振腔的长度，通过改变频率或波长，记录下不同驻波模式的频率和波长。
（4）数据处理：根据测量结果进行数据处理和分析。
根据传输时间和传输距离，计算得出声速。
对于驻波法，根据频率、波长和共振条件，计算得出声速。
3. 声速测量实验技术的注意事项在进行声速测量实验时，需要注意以下几个事项：（1）仪器校准：在开始实验之前，确保测量仪器的准确性和稳定性。
声速的测定实验原理
声速的测定实验原理基于声波传播的速度与介质的性质相关。
声速可以通过以下几种实验方法测量：
1. 回声法：在一个封闭的空间内发出声波，并测量声波从发射器到接收器的往返时间。
根据声波传播距离和时间计算速度。
2. 驻波法：在一个封闭的空间内通过声波产生驻波，测量不同频率下驻波的节点位置，根据频率和节点的距离计算声速。
3. 多普勒效应法：通过测量一个移动声源发出的声波的频率变化，结合声波传播速度和移动速度计算声速。
4. 管路共振法：在一个管路中产生共振，测量共振频率和管长，根据频率和管长计算声速。
这些方法都是基于测量声波传播时间、频率、距离等参数，然后根据基本原理进行计算。
不同的方法适用于不同的实验场景和条件。
在实验中通常需要消除一些误差，如温度、湿度对声速的影响。
物理实验报告一、【实验名称】超声波声速的测量二、【实验目的】1、了解声速的测量原理2、学习示波器的原理与使用3、学习用逐差法处理数据三、【仪器用具】1、SV-DH-3型声速测定仪段2、双踪示波器3、SVX-3型声速测定信号源四、【仪器用具】1.超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20～60kHz之间。
在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。
图11为纵向换能器的结构简图。
2.S2）。
当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。
在上述假设条件下，发射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。
在S2处产生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信号相位与ξ1相反，幅度A1＜A。
ξ1与ξ2在反射平面相交叠加，合成波束ξ 3ξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ)=A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)由此可见，合成后的波束ξ3在幅度上，具有随cos(2πx /λ)呈周期变化的特性，在相位上，具有随(2πx /λ)呈周期变化的特性。
图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos(2πx /λ)变化的特征。
而S2则作为声波的接收器，压电效应将接收到的声压转换成电信号。
将它输入示波器，我们就可看到一组由声压信号产生的正弦波形。
由于S2在接收声波的同时还能反射一部分超声波，接收的声波、发射的声波振幅虽有差异，但二者周期相同且在同一线上沿相反方向传播，二者在S1和S2区域内产生了波的干涉，形成驻波。
我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器S2处的振动情况。
声速测定的原理声速测定的原理是通过测定声波在介质中的传播速度来推断该介质的声速。
声速是声波在介质中传播的速度，它取决于介质的密度和弹性特性。
声波是一种机械波，是由介质中粒子的振动引起的一种能量传播方式。
声波的传播可分为纵波和横波，而常见的声波多为纵波。
在介质中，声波的传播速度通过介质的密度和弹性模量两个因素决定，即v = √(B/ρ) ，其中v为声速，B为介质的弹性模量，ρ为介质的密度。
声速测定的一种常用方法是通过测定被测介质中声波的传播时间来计算声速。
一般来说，声速测定可以通过以下几种方法进行：1. 时间差法：在已知距离的两个点上同时发出一个声波，然后测量这两个点之间声波传播的时间差。
根据声波传播的距离和时间，可以计算出声速。
这种方法适用于直线距离较短的情况，例如测定水中的声速。
2. 干涉法：利用声波的干涉现象来测定声速。
在介质中，如果两个声源发出的声波频率相同且相位差为整数倍的关系，则声波会相互干涉，形成干涉纹。
通过测量干涉纹之间的距离和时间，可以计算出声速。
这种方法适用于气体和液体介质的声速测定。
3. 衍射法：利用声波的衍射现象来测定声速。
在介质中，声波在遇到边缘或障碍物时会发生衍射现象，形成衍射条纹。
通过测量衍射条纹的间距和角度，可以计算出声速。
这种方法适用于气体和固体介质的声速测定。
无论采用何种方法，声速测定都需要注意以下几个因素：1. 温度和湿度对声速的影响：温度和湿度会影响介质的密度和弹性模量，从而影响声速的测定结果。
因此，在声速测定中需要对温度和湿度进行校正。
2. 声波的频率和幅度变化：声波的频率和幅度变化也会对声速的测定结果产生影响。
因此，在进行声速测定时，需要确保声波的频率和振幅保持稳定。
3. 测量误差的控制：在声速测定中，要注意测量误差的控制。
测量仪器的精度、实验环境的稳定性以及操作者的技术水平等因素都会对测量结果产生影响，因此需要采取相应的措施来减小误差。
总之，声速测定是通过测量声波在介质中的传播速度来推断介质的声速。
声速的测量实验原理声速的测量实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，它是声音的速度，在各种工程和科学领域都有广泛的应用。
测量声速是一种重要的实验技术，可以通过实验了解声波在不同介质中的传播情况，对于改善工程设计和研究声学现象具有非常重要的意义。
本文将从声速的定义、测量原理、以及实验步骤等方面进行介绍。
一、声速的定义声波是一种机械波，也就是说它需要介质的存在来传播。
当我们发声时，声音就是以空气为介质传播的，如果换成水或金属等其他介质，声音的传播速度就会发生变化。
声速是指声波在介质中传播的速度，一般用符号v表示，单位是米每秒。
声速的大小与介质的密度、压力、温度等因素有关，不同介质之间的声速也有很大的差别。
二、声速的测量原理测量声速的原理是利用声波经过介质时所需的时间和介质厚度之间的关系，从而计算出声速。
具体实验中，常用的方法有“直接法”和“回声法”两种。
1. 直接法直接法是在实验室中模拟声波在介质中传播的过程，如在声管中流动气体，利用流变仪测量气体的密度、压力和温度等参数，计算出声速。
直接法的准确性高，但由于设备和环境的限制，实际上很难达到很高的准确度。
2. 回声法回声法是目前应用较广的一种声速测量方法，利用声波在介质中的反射现象，通过内部反射和反射时间的测量计算声速。
这种方法需要有一个反射器和能够发射和接收声波的设备。
当声波到达反射器时，会以相反的方向反射回来，如果用适当的仪器在反射时测量时间差，就可以计算出声波在介质中传播的速度。
该方法准确度较高，实现简便。
三、实验步骤以下是一种常见的声速测量实验步骤：1. 准备实验设备：需要一个声波发射器、一个声波接收器和一个反射器。
2. 测量反射器厚度：利用千分尺等仪器精确测量反射器的厚度。
3. 认识实验介质：了解所使用的介质特性，如密度、压强、温度等。
4. 实验操作：在实验装置中，发射一束声波，让其经过反射器，并返回到声波接收器，测量出声波在介质中的传播时间。
超声声速测定声波特性的测量，如频率、波长、声速、声压衰减、相位等，是声波检测技术中的重要内容。
特别是声速的测量，不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化，在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。
例如，声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。
“声速的测量”是一个综合性声学实验。
实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法（共振干涉法）和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度，这是一个非电量电测方法的应用。
通过这个实验可以重点学习如下内容：（1）实验方法：非电量的电测方法；测量声速的驻波法和相位比较法。
（2）测量方法：利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。
（3）数据处理方法：求声波波长的逐差法。
（4）仪器调整使用方法：双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。
【实验目的】1.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。
2.了解压电换能器的功能。
3.学习用逐差法处理数据。
【实验仪器】SVX-5型声速测试仪信号源、SV-DH系列声速测试仪、双踪示波器等【实验原理】频率介于20Hz ～20kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于20kHz ～500MHz 的称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射和会聚等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz ～60kHz 之间。
在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
根据声波各参量之间的关系可知f ⋅=λυ,其中υ为波速, λ为波长,f 为频率。
图4-5-1共振法测量声速实验装置在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。
声波的频率f 可以直接从低频信号发生器(信号源)上读出,而声波的波长λ则常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量。
图4-5-2 相位比较法测量声速实验装置1.相位比较法实验装置接线如图4-5-2所示，置示波器功能于X －Y 方式。
