实验题目：声速的测量

段心蕊 PB05000826  9号台

                              

一. 实验目的

二. 实验原理

三. 实验仪器

四. 实验内容

                                 ----见预习实验报告

五. 数据分析

1．实验数据：

频率：34.94kHz

温度：实验开始时：26.0ºC

      实验结束时：25.6ºC

   2．驻波法（共振干涉法）测波长和声速：

    x_i的间距为λ/2

①将12个数据分成两组，j=1,2,3,4,5,6

      

    ②

      

      

      ③

          

故声速

          P=0.68

     3.相位比较法测波长和声速：

x_i的间距为λ/2

 ①将12个数据分成两组，j=1,2,3,4,5,6

      

②

 

        

      ③

          

故声速

          P=0.68

  4.声速的理论值：

    

     发现两个实验所测得的值都与理论值相差很多，原因将在误差分析中讨论。

六. 注意事项

    1 调节两换能器平行时，应将其贴紧，以保证其严格平行。

2 温度一定要测量两次：实验前一次，实验后一次。

3 由于信号发生器上没有微调旋钮，故调节是要小心一点。

4 当调节换能器S₂时，不要忘记可以用微调。

七. 误差分析

（一）普遍的误差的原因：

 1 测量仪器在正常使用过程中测量环境和仪器性能随机涨落的影响。

 2 发射换能器S₁无法与游标卡尺绝对垂直造成的误差。

 3 无法控制读数时示波器现实的波形振幅是完全的最大，从而造成误差。

 4 信号发生器的频率处于不稳定状态。

（二）本实验的特殊情况所造成的误差：

 1 由于我所做的实验是在二号台，而仪器中的两个换能器都无法完全固定，又由于长时间没有调出波形，所以在9号台同学做完实验后用了他的仪器。由于信号发生器的连续使用时间若超过半个小时，其内产生的频率就不是很稳定了，从而造成了误差。

 2 由于上述原因，当做到第二个实验“相位比较法测波长和声速”时，得到的李萨如图形非常不理想：无法通过移动S₂来使得图形变为一条直线，从而只能取图形最扁的时候记录数据，大大增大了误差。

八．思考题

  1.固定两换能器的距离改变频率，以求声速，是否可行？

 答：不行。

     原实验中所用的频率可以使系统处于和谐状态，从而可以时示波器上显示的信号幅度最大，得到的实验结果便最精确。但是若固定两换能器的距离而改变频率，会导致调节一段时间后，示波器内没有频率显示，也就无法进行实验了。所以不行。

2.各种气体中的声速是否相同，为什么？

  答：不同。

      声波在气体中的传播速度，其中是气体定压比热容和定体比热容之比，R是普适气体常量，M是气体的摩尔质量，T是热力学温度。

      故对于不同的两种气体1、2：

             

      而一般情况下

      故

      即各种气体中的声速一般不相同

第二篇：超声波测量声速---大学物理仿真实验报告

超声波测光速---仿真实验报告

实验日期：                     教师审批签字：

实验人：                             审批日期： 

一、实验目的

1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。

3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。

二、实验仪器及仪器使用方法

 （一）实验仪器

1 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）

2 函数信号发生器

3 示波器。

（二）仪器使用方法

       1、连接测量电路。连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。如已有连线，则此操作将去掉连线。鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。

2、调整仪器。双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。

（1）示波器的使用与调整。请先调整好聚焦。然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。

（2）信号发生器的调整。频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。

（3）超声速测定仪的使用。1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。2当把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“ßà”标志，表明此时可以移动。按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。

三、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。

1、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，它们波动方程分别为

叠加后合成波为：

当x= ( n =0,1,2,3……)时为波腹，当x= ( n =0,1,2,3……)时为波节。相临波腹（波节）间距离为，故只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、X_n-1即可得波长。

2、相位比较法测波长

从换能器S1发出的超声波到达接收器S₂，所以在同一时刻S₁与S₂处的波有一相位差： （其中l是波长，x为S₁和S₂之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

五、数据记录及数据处理

六、实验结论及误差分析

      

1、  用驻波法测得声速v=358.37m/s ,误差为

用相位法测得声速v=363.52m/s ,误差为

2、误差分析

1、对于驻波法，调节波的振幅时，由于在振幅最大与最小附近变化不明显，因此可能读数时并非是处于振幅最大与最小处，导致求得的波长不准。

2、对于相位法，调节游标卡尺时，肉眼观察图案成为一条线时，实际可能没有完全重合，导致求得的波长不准。

3、建议

1、多次测量求平均值。

 2、改进软件性能，使分辨率提高