聲速測量實驗報告

1、 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(shù)據(jù)處理。3. 了解聲波在空氣中的傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關(guān)系。4. 了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的功能。實驗原理聲速、聲源振動頻率和波長之間的關(guān)系是 所以只要測得聲波的頻率和波長，就可以求得聲速。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(tài)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(tài)相同或者其相位差為的整數(shù)倍，這兩點的距離等于波長的整數(shù)

2、倍，即（為一整數(shù)）。若超聲波發(fā)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(fā)射器的電信號同相。繼續(xù)移動接收器，直到找到的信號再一次與發(fā)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(fā)生器發(fā)出的平面波經(jīng)介質(zhì)到接收器，若接收面與發(fā)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(fā)射頭間的距離恰好等于半波長的整數(shù)倍時，疊加后的波就形成駐波。此時相鄰兩

3、波節(jié)間的距離等于半個波長。當發(fā)生器的激勵頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率（本實驗中壓電陶瓷的固有頻率）時，會產(chǎn)生駐波共振波腹處的振幅達到最大值。聲波是一種縱波。由縱波的性質(zhì)知，駐波波節(jié)處的聲壓最大。當發(fā)生共振時，接收端面處為一波節(jié)，接收到的聲壓最大，轉(zhuǎn)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(xiàn)最強的信號，繼續(xù)移動到某個共振位置，則兩次共振位置之間的距離即為。實驗儀器聲速測量儀、示波器、信號發(fā)生器。實驗內(nèi)容及步驟1. 駐波法測聲速（1） 如圖所示連接好電路，讓和靠近并留有適當?shù)目障叮箖啥嗣嫫叫星遗c游標尺正交。（2） 根據(jù)實驗給出的壓電換能器的振動頻率，將信號發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至

4、附近，緩慢移動，當在示波器上看到正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定，在仔細微調(diào)信號發(fā)生器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達到最大，讀出共振頻率。（3） 在共振條件下，將移近，在緩慢移開，當示波器上出現(xiàn)振幅最大時，記下的位置（4） 由近及遠移動，逐次記下各振幅最大時的位置，連續(xù)測10個數(shù)據(jù)（5） 用逐差法計算出波長的平均值。2. 用相位法測聲速 （1）調(diào)節(jié)示波器使，將“秒/格”旋鈕旋至利用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的相位差，找出同相點。 （2）在共振條件下，使靠近，然后慢慢移開，當示波器上出現(xiàn)傾斜線時，微調(diào)游標卡尺上的微調(diào)螺絲，使圖形穩(wěn)定，記下的位置（3） 繼續(xù)緩慢移開，依次記下10個示波器上李薩如

5、圖形為直線時游標卡尺的讀數(shù)（4） 用逐差法算出聲波波長的平均值。數(shù)據(jù)處理及記錄共振頻率=37.613kHz1. 駐波法 數(shù)據(jù)記錄如下(單位：mm）： 89.06893.19897.976102.679107.185 111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得下表（其中， 單位：cm） 23.39123.23223.14323.17223.263 9.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長 = =4.648則波長=9.296=下面計算聲波速度的不確定度 先計算的不確定度，=0.0466mm =0.01mm

6、從而=0.0476mm，0.01kHz所以 求出 實驗結(jié)果為2.相位法 數(shù)據(jù)記錄（單位：mm）138.942148.180157.406166.548175.821184.903194.902203.355212.676222.072231.213從而得到下表（ ，單位：mm）46.72245.89546.12846.25146.310 9.3449.1799.2269.2509.262=9.252mm則下面計算聲波速度的不確定度 先計算的不確定度，=0.0729mm =0.01mm從而=0.0736mm，0.01kHz所以 求出 實驗結(jié)果為 實驗結(jié)果分析及小結(jié) 1. 駐波法實驗結(jié)果表示為 2

7、. 相位法實驗結(jié)果表示為 誤差分析：（1） 發(fā)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(diào)節(jié)超聲波共振頻率會有一定誤差。實驗的收獲、總結(jié)、體會1. 這次的實驗讓我有耳目一新的感覺，因為確實是第一次一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(shù)語概念不熟悉，但是正是因為這樣的一種新的做實驗的模式，才體現(xiàn)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?qū)⑦@個實驗所涵蓋的所有有關(guān)知識都學會，但是卻能夠?qū)@個實驗有了深刻的印象，而且在后來老師總結(jié)后，也能真正理解實驗原理了，并不僅僅局限于實驗數(shù)據(jù)