实 验 报 告

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： (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

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《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

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

其中，，。

但实际中空气并不是干燥的，所以修正的结果为

其中，r为相对湿度，p_s为饱和蒸汽压，。

2．      实验方法

由于，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。

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。

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测量声速（实验报告）

实验目的：

   1）探究影响声速的因素，超声波产生和接收的原理。

      2）学习、掌握空气中声速的测量方法

      3）了解、实践液体、固体中的声速测量方法。

      4）三种声速测量方法作初步的比较研究。

实验仪器:

      1）超声波发射器

      2）超声波探测器

      3）平移与位置显示部件。

      4）信号发生器：

      5）示波器

实验原理：

 1)空气中：

  a.在理想气体中声波的传播速度为

                                            （1）

（式中称为质量热容比，也称“比热[容]比”，它是气体的质量定压热容与质量定容热容的比值；M 是气体的摩尔质量，T是绝对温度，R=8.314472(1±1.7×10^-6)为摩尔气体常量。）

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测量声速（实验报告）

实验目的：

   1）探究影响声速的因素，超声波产生和接收的原理。

      2）学习、掌握空气中声速的测量方法

      3）了解、实践液体、固体中的声速测量方法。

      4）三种声速测量方法作初步的比较研究。

实验仪器:

      1）超声波发射器

      2）超声波探测器

      3）平移与位置显示部件。

      4）信号发生器：

      5）示波器

实验原理：

 1)空气中：

  a.在理想气体中声波的传播速度为

                                            （1）

（式中称为质量热容比，也称“比热[容]比”，它是气体的质量定压热容与质量定容热容的比值；M 是气体的摩尔质量，T是绝对温度，R=8.314472(1±1.7×10^-6)为摩尔气体常量。）

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物理实验报告

姓名：           专业：                 班级：                学号：               

实验日期：         实验教室：     5107        指导教师：                  

                                                                                            

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《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

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

其中，，。

但实际中空气并不是干燥的，所以修正的结果为

其中，r为相对湿度，p_s为饱和蒸汽压，。

2．      实验方法

由于，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。

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。

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实验报告 声速的测定-驻波法测声速

2013301020142   吴雨桥   13级弘毅班   物理科学与技术学院

本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。

【实验目的】

(1)学会用驻波法测定空气中的声速。

(2)了解压电换能器的功能，熟悉低频信号发生器和示波器的使用。

(3)掌握用逐差法处理实验数据。

【实验器材】

声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。

【仪器介绍】

声波驻波仪如图所示，在量程为50cm的游标尺的量爪上，相向安置两个固有频率相同的压电换能器。移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离L。

压电换能器是实现声波（机械振动）和电信号相互转换的装置，它的主要部件是压电陶瓷换能片。当输给一个电信号时，换能器便按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。

压电换能器S1作为平面声波发射器，电信号由低频信号发生器供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器S2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上，转换的电信号由毫伏表指示。为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。

【实验原理】

声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它和声源振动的频率f、波长λ有如下关系：

v=fλ

如果已知声源振动的频率f，只要测定声波在空气中的波长λ，即可由上式求得空气中的声速。本实验采用驻波法测定声波在空气中的波长λ。

两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两个波源之间距离等条件的限制。驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻波振幅才达到最大值，该现象称为驻波共振。

改变S1、S2端面之间的距离L，当S1、S2端面之间的距离L恰好等于超声波半波长的整数倍时，即L=nλ/2 (n=1,2,3…)在S1、S2之间的介质中出现稳定的驻波共振现象，此时逐波振幅达到最大;同时，在接受面上的声压波腹也相应的达到极大值，转化为电信号时，电信号的幅值也会到达极大值。因此，连续移动S2，增大S1与S2的间距L，每当L满足L=nλ/2 (n=1,2,3…)时，毫伏表显示出电压最大值，记录这些S2的坐标（由游标卡尺直接读数），则两个相邻读数之差即为半波长λ/2。另外由频率计可以监测到频率f，就可计算出声速v。

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