1、（真 vr - - -聲速測量實驗報告姓名:陳巖松學號：5501215012班級：本碩實驗班151班實驗名稱聲速的測量實驗目的1. 用駐波法和相位法測聲速。2. 學會用逐差法進行數據處理。3. 了解聲波在空氣中的傳播速度與氣體狀態參量的關系。4. 了解壓電換能器的功能和培養綜合使用儀器的功能。實驗原理聲速V、聲源振動頻率f和波長之間的關系是V f所以只要測得聲波的頻率f和波長，就可以求得聲速V。其 中聲波頻率頻率計測得。本實驗的主要任務是測量聲波波長,用駐波法和相位法測量。1.相位法波是振動狀態的傳播，也可以說是相位的傳播。在波的傳播方向上任何兩點，如果其振動狀態相同或者其相位差為2的整數倍，

2、這兩點的距離等于波長的整數倍，即In （ n為一整數）。若超聲波發出的聲波是平面波，當接收器面垂直于波的傳播方向時，其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動 接收器時，總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射器 的電信號同相。繼續移動接收器，直到找到的信號再一次與 發射器的激勵電信號同相時，移過的這段距離就等于聲波的 波長。實際操作時，我們用的是利用李薩如圖形尋找同相或反相時橢圓退化成直線的點。2.駐波法按照駐波動理論，超聲波發生器發出的平面波經介質到接 收器，若接收面與發射面平行，聲波在接收面就會被垂直反 射，于是平面聲波在兩端面間來回反射并疊加。當接收端面 與發射頭間的距離恰好等于半波

3、長的整數倍時，疊加后的波 就形成駐波。此時相鄰兩波節間的距離等于半個波長-。當2發生器的激勵頻率等于駐波系統的固有頻率（本實驗中壓電 陶瓷的固有頻率）時，會產生駐波共振波腹處的振幅達到最 大值。聲波是 種縱波。由縱波的性質知，駐波波節處的聲壓最大。 當發生共振時，接收端面處為一波節，接收到的聲壓最大， 轉換成的電信號也最強。移動接收器到某個共振位置時，示 波器上又會出現最強的信號，繼續移動到某個共振位置，則 兩次共振位置之間的距離即為 -。2實驗儀器聲速測量儀、示波器、信號發生器。1. 駐波法測聲速(1) 如圖所示連接好電路，讓 S和S2靠近并留有適當的空 隙，使兩端面平行且與游標尺正交。(2

4、) 根據實驗給出的壓電換能器的振動頻率 f ,將信號發生 器的輸出頻率調至f附近，緩慢移動S2 ,當在示波器上看到 正弦波首次出現振幅較大處，固定 S2 ,在仔細微調信號發生 器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達到最大，讀出共振頻實驗內容及步驟¾rj.率f。(3) 在共振條件下，將S2移近SI ,在緩慢移開S ,當示波器 上出現振幅最大時，記下S2的位置Xo(4) 由近及遠移動S2 ,逐次記下各振幅最大時S2的位置，連 續測10個數據X1,X2,X3,x10(5) 用逐差法計算出波長的平均值。2. 用相位法測聲速(1)調節示波器使，將“秒/格”旋鈕旋至X Y利用李薩如圖形觀察發射波與接

5、收波的相位差，找出同相點。(2)在共振條件下，使S2靠近S ,然后慢慢移開S2 ,當示 波器上出現45傾斜線時，微調游標卡尺上的微調螺絲，使圖 形穩定，記下S2的位置xo(3) 繼續緩慢移開S2 ,依次記下10個示波器上李薩如圖形 為45直線時游標卡尺的讀數X,X2,Xio(4) 用逐差法算出聲波波長的平均值。共振頻率f1.駐波法=37.613kHz數據記錄如下（單位：mm :XoX1X2X3X489.06893.19897.976102.679107.185X5X6X7X8X9X10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得卜表（其中 Xi

6、 Xi 5 Xi,i Xi 2 單位：Cm)5X1X2X3X4X523.39123.23223.14323.17223.26312345數據處理及記錄據處理及記錄9.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長、” _(X6 Xj (X7 X2)(X10 ×5)25=(116.58993.198)(121.208 97.976)(130.357111.756)'7 mm25IInlI=4.648 mm貝S波長=2 X =9.296 mmV f =37.613 103 9.296 10 3ms 349.7m/s下面計算聲波速度的不確定度先計算的

7、不確定度，f5(< _)2 tAIU¥ =0.0466mmB =0.01mmAI51V5從而實驗結果為2.相位法則VE所以=0.0476mn, Uf 0.01kHzIn V 22f ) (Uf)(In V 22)(U )V (349.7 1.7)msEV 0.5%X0X1X2X3X4X5138.942148.180157.406166.548175.821184.903X6X7X8X9X10194.902203.355212.676222.072231.213數據記錄（單位：mmX1X2X3X4X546.72245.89546.12846.25146.310123459.344

8、9.1799.2269.2509.262(X6 Xi) (X7 X2)從而得到下表（x，i W單位：mm(X10X5) =9.252mm2537.613 103 9.252 10 3ms 347.9ms下面計算聲波速度的不確定度先計算的不確定度，( k 了 tA Ik 1095 =0.0729mm B =0.01mmY5 15從而 U J2a 2B =0.0736mm Uf 0.01kHzEVJ( YU)2 ( ""U)2所以、fJ(f)2(Uf)2(丄)2(u )20.0077%求出 UV VEV 347.9 0.7% 2.4ms實驗結果為V Y47*9 24)m/SEV

9、 0.7%實驗結果分析及小結1. 駐波法實驗結果表示為V （349.7 1.7）msEV 0.5%2. 相位法實驗結果表示為V （347.9 2.4）msEV 0.7%誤差分析：（1）發射換能器與接受換能器之間可能不是嚴格的駐波場（2）儀器的螺距誤差可能存在（3）示波器上波形線條較粗，判斷振幅最大有視覺誤差（4）觀察李薩如圖形時，并不能十分準確控制每一次圖形變成直線時都是嚴格的直線（5）調節超聲波共振頻率會有定誤差。實驗的收獲、總結、體會1. 這次的實驗讓我有耳目 新的感覺，因為確實是第 次 開始完全靠自己去完成一個實驗，當時做實驗的時候覺得確 實挺難的，很多術語概念不熟悉，但是正是因為這樣的

10、一種 新的做實驗的模式，才體現了大學生要學會自主學習、自主 完成任務的意識。盡管實驗的兩個小時里面并不能夠將這個 實驗所涵蓋的所有有關知識都學會，但是卻能夠對這個實驗 有了深刻的印象，而且在后來老師總結后，也能真正理解實 驗原理了，并不僅僅局限于實驗數據的記錄。2. 其次，我覺得這個實驗測聲速的方法還有其他用處，不僅 僅是測得聲波的速度，還可以測得其他一些以波的形式傳播 的物質的速度。比如假設實驗儀器夠精密，以此實驗的實驗 方法，利用光具有波的性質，是可以測出光速的。實驗原始數據戦；曲老花務*1 :列0/2 /處/2建緻；樂祿馮養皿注網鄉盤.戶學6B汀氏7” 8卜。68Em p. 1嚴亦 心旳/卄6“ W X廠(。Z 6 mm XqV I q. 18yv >nY廠Hl、押_ T2、花屜¢9纓鄉總/ 初為對彳哦為施