1、精選文檔聲速的測定1、 試驗描述 聲波是一種在彈性介質內傳播的縱波。聲速是描述聲波傳播快慢的物理量，對聲速的測量，尤其是對超聲聲速的測量時聲學技術中的重要內容，在醫學、測距等方面都有重要的意義。2、 試驗目的（1） 學會用位相法測聲速。（2） 利用李薩茹圖形測位相差。（3） 學會用共振法測量聲速。3、 試驗原理圖11、 位相法測聲速 試驗裝置如圖1所示，S1,S2為兩個壓電晶體換能器，一個用來放射聲波，一個用來接受聲波。假設以S1發出的超聲波經過一段時間傳到S2，S1和S2之間的距離為L，那么，S1和S2處的聲位相差為=2L/,假如L=n（n為正整數），則=2n，若能測出位相差，便可得到波長，

2、再用頻率計測出波源的頻率，則聲速c便可求得。用李薩茹圖形測位相差 將送給S1的輸入信號接至X軸，S2接收到的信號接至Y軸。設輸入X軸的入射波的振動方程為：則Y軸接收到的的S2波形的振動方程為：合成的振動方程為： 此方程的軌跡為橢圓橢圓長短軸由相位差（打算。位相差為=0時，軌跡為在一、三象限的直線,如圖a，若=/2，則軌跡為橢圓，如圖b；若=，軌跡為在二、四象限的直線段,如圖c。 由于=2（f為超聲波的頻率） （公式1）若S2離開S1的距離為L=S2-S1=/2,則=/2，隨著S2的移動，隨之在0-內變化，李薩茹圖形也重復變化。所以由圖形的變化可求出，與這種圖形圖c圖b圖a重復變化的相應的S2的

3、移動距離為/2，L的長度可在一起上讀出。便可依據公式c=f求出聲速。2、 共振法測聲速由放射器發出的聲波近似于平面波。經接收器反射后，波將在兩端面間來回反射并且疊加，疊加的波可近似看作有駐波加行波的特征。由縱波的性質可以證明，當接收器斷面按振動位移來說處于波節時，則按聲壓來說是處于波腹。當發生共振時，接收器端面近似為波節，接收到的聲壓最大，經接收器轉換成的電信號也最強，升壓變化和接受器位置的關系可從試驗中測出。將示波器調到只顯示CH2，調整壓電換能器的位置，使波形達到最大振幅，記錄下此時換能器的位置x1，漸漸調整鼓輪，觀看示波器內波形的變化，在其次次消滅最大振幅的時候再次記錄下換能器的位置x2

4、。以此類推，共測10組數據。圖2測得的相鄰兩波腹的位置xn 、xn+1，如圖2左所示，即相鄰兩次消滅最大振幅的時候位置，即可得 =2| xn+1-xn|。3、 超聲波的放射與接受-壓能轉化器（如圖2右所示） 放射或接受超聲波的器件叫超聲換能器（就是將超聲轉換為電信號）。本試驗接受壓電陶瓷換能器來實現聲壓和電壓之間的轉換，這類聲速測量儀是利用壓電體的逆壓電效應，即在信號發生器產生的交變電壓下，使壓電體產生氣械振動，在空氣中激發聲波。壓電陶瓷處于一交變電場中，會發生周期性的聲場與縮短。當交變電場頻率域壓電陶瓷的固有頻率相同時振幅最大。設個振動又被傳遞給變幅桿，使它產生沿軸向的振動，于是變幅桿的端面

5、在空氣中激發出聲波。本試驗中儀器的壓電陶瓷振蕩頻率為40khz左右，相應的超聲波波長約為幾毫米。它的波長短，定向放射性能好。而變幅桿端面直徑 （為擴大直徑另加一個環形薄片）比聲波波長大得多，可近似認為放射面遠處的聲波是平面波。4、 試驗內容按右圖連接好線路，將測試方法設置到連續波方程，測量聲波在空氣中的速度。將信號源的放射信號與壓電換能器接受的信號分別接到示波器的X,Y軸輸入端，了解一下壓電陶瓷的簡諧頻率f，將信號輸出調整至f的四周，將S2靠攏S1，移動刻度鼓輪，使S2緩慢離開S1，當示波器屏上消滅圖a中45度的斜線時，幾下此時鼓輪的位置x1，連續緩慢移動鼓輪，登記示波器上的圖形變為圖c,時數

6、顯尺上的讀數x2、x3.x12,同時登記相應的頻率f. 用逐差法處理數據，求出超聲波的波長；求出頻率的平均值，由c=f求出聲速。登記室溫t，依據理論公式 c理 = 計算聲速。 其中是=273.15K時的聲速，最終求測量值與理論值的百分誤差。5、 試驗儀器 (1)4325型示波器（2）SVX-5綜合聲速測試儀（3）連接導線（4根)六、試驗步驟1、位相法（1）打開壓電換能器的開關，將超聲波的頻率調至40khz四周。將S1的輸入信號接至示波器的X軸，S2接受的信號接至示波器的Y。（2）調整示波器，使其屏上顯示穩定的的李薩茹圖形，再微調鼓輪，使屏上的麗薩圖圖形呈現為始終線。登記此時的鼓輪位置的讀數。（

7、3）轉動鼓輪，使S2遠離S1，當示波器上再次消滅（2）中的圖形時，登記此時鼓輪位置的讀數x1和聲速測試儀上顯示的超聲波的頻率f1。重復此步驟，登記x2,x3.及相應的f2,f3.2、共振法將示波器調到只顯示CH2，調整壓電換能器的位置，使波形達到最大振幅，記錄下此時換能器的位置x1，漸漸調整鼓輪，觀看示波器內波形的變化，在其次次消滅最大振幅的時候再次記錄下換能器的位置x2。以此類推，共測10組數據試驗完畢，將試驗器材規整到位。分析數據，得出結論。七、試驗數據及處理試驗室度t：25.01、位相法李薩茹圖形處于圖a、圖c時的鼓輪讀數、聲速測量儀讀數鼓輪位置x/cm10.3010.7811.2811

8、.7512.2112.7213.2113.70聲速測試儀頻率f/hz3568335685356873568935691356933569435695接受逐差法求出平均半波長1/2=0.478cm平均頻率=35689.61hz所以聲速c=f=341.19m/sL理論聲速為：=331.45*348.89m/s百分誤差為：2.21%可見本次試驗的精度較高。2、 共振法波形相位比較法測波長數據記錄表 信號源顯示頻率：37213Hz序號序號12345678910位置x/cm5.20 5.66 6.126.58 7.04 7.50 7.96 8.42 8.88 9.34 接受逐差法處理數據：x=x6-x1+（x10-x5）25=7.50-5.20+（9.34-7.04）25=0.46（cm）波長=2x=0.92cm聲速V2=f=0.92x10-2x37213m/s=342.36 m/s百分誤差E2=|V2-V0|V0x100%=346.29-342.36346.29x100%=1.34%可見試驗精度較高8、 試驗總結1、 環境（如溫度，濕度，空氣密度）對聲速的都有影響，其中溫度對聲速有很大的影響。2、 對于聲速的測量有很多不同的方法，本試驗接受位相法，共振法來測聲速，要了解不同方