《声速测量》实验预习报告
一、 实验原理 1．
理论计算
理想气体中声波的传播速度为
M
RT
v γ=
其中，γ为比热容比，Ｍ是气体的摩尔质量，Ｔ是绝对温度，Ｒ＝8.31441J/(mol ·K)
在室温t 下，干燥空气中的声速为
01T t v v +
= 其中，s m v /5.3310=，K T 15.2730=。
但实际中空气并不是干燥的，所以修正的结果为
⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=p rp T
t
v s 31.0115.3310 其中，r 为相对湿度，p s 为饱和蒸汽压，Pa p 510013.1⨯=。 2．
实验方法
由于λf v =，故只要测出频率和波长，就可以求出声速。 其中，声波频率由声源振动频率得到，再用相位法测得波长即可。波可以看成是相位的传播。沿传播方向上的任意两点，只要他们的振动状态相同，即同相或者相位差为２π的整数倍，
这时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，即λn
l=。
当在发射器的声波中沿传播方向移动接受器时，总可以找到一
个位置，使得接受器接受到的电信号和发射器的激励电信号同
相。继续移动接受器，知道接受的信号再一次和激励电信号同
相的时候，移过的距离必然等于声波的波长。利用利萨如图形
在两个电信号同相或反相时椭圆退化为友斜或左斜直线即可
判断。
二、实验步骤
1．连接电路。函数信号发生器的输出与超声波发射器的输入端及示波器的通道1相连；超声波接受器的输出端和示波器的
通道2相连。函数信号发生器置于正弦波输出，频率置于100kHz
档，输出幅度调到峰值10V左右。
2．用示波器观察加在声波发射器上的电信号和超声波接受器输出的电信号。先将函数信号发生器的频率调节到40kHz左右，然后细调频率，使接受器输出信号最大，记下此频率，即超声
波频率。实验过程中若有改变，记下最大最小值，最后取平均
值。
3．用相位法测波长。利用利萨如图找出同相点，每遇到一个同相点就测一次接受器的位置x，连续测20个，并用逐差法处
理。得到波长的平均值。计算声速。
4． 在测量开始和结束时，先后记录室温t 1和t 2，以及相对湿
度r 1和r 2，并查出平均室温对应的饱和蒸汽压。若温度不是整数值，则按线性内插法求出准确的饱和蒸汽压值。计算理论值，和实验值比较。
三、 数据处理
超声波的频率f= 40.009 kHz
()
(
)
mm
mm
mm
s mm 05.075.805.052.0203.02
2
1010±=∆±==∆=∆+
=
∆=∆λλλλλλ仪
仪
s
m v f Hz
s m f v f v f /0.21.3500057
.010/1.3501075.810009.402
2
33±==⎪⎭⎫ ⎝
⎛∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=∆=∆=⨯⨯⨯==-λλλ
理论计算：
t 1=25.0℃ t 2=25.4℃ t=25.2℃ r 1=55% r 2=58% r=56.5% p s =0.0321
01039
.0%1005
.3465.3461.350/5.34631.0115.3310=⨯-=∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛
+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=v s s m p rp T t v
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