聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、（真 vr - - -聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名:陳巖松學(xué)號(hào)：5501215012班級(jí)：本碩實(shí)驗(yàn)班151班實(shí)驗(yàn)名稱聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用駐波法和相位法測(cè)聲速。2. 學(xué)會(huì)用逐差法進(jìn)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(shí)驗(yàn)原理聲速V、聲源振動(dòng)頻率f和波長(zhǎng)之間的關(guān)系是V f所以只要測(cè)得聲波的頻率f和波長(zhǎng)，就可以求得聲速V。其 中聲波頻率頻率計(jì)測(cè)得。本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是測(cè)量聲波波長(zhǎng),用駐波法和相位法測(cè)量。1.相位法波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說(shuō)是相位的傳播。在波的傳播方向上任何兩點(diǎn)，如果其振動(dòng)狀態(tài)相同或者其相位差為2的整數(shù)倍，

2、這兩點(diǎn)的距離等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即In （ n為一整數(shù)）。若超聲波發(fā)出的聲波是平面波，當(dāng)接收器面垂直于波的傳播方向時(shí)，其端面上各點(diǎn)都具有相同的相位。沿傳播方向移動(dòng) 接收器時(shí)，總可以找到一個(gè)位置使得接收到的信號(hào)與發(fā)射器 的電信號(hào)同相。繼續(xù)移動(dòng)接收器，直到找到的信號(hào)再一次與 發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相時(shí)，移過(guò)的這段距離就等于聲波的 波長(zhǎng)。實(shí)際操作時(shí)，我們用的是利用李薩如圖形尋找同相或反相時(shí)橢圓退化成直線的點(diǎn)。2.駐波法按照駐波動(dòng)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(huì)被垂直反 射，于是平面聲波在兩端面間來(lái)回反射并疊加。當(dāng)接收端面 與發(fā)射頭間的距離恰好等于半波

3、長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，疊加后的波 就形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)-。當(dāng)2發(fā)生器的激勵(lì)頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率（本實(shí)驗(yàn)中壓電 陶瓷的固有頻率）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生駐波共振波腹處的振幅達(dá)到最 大值。聲波是 種縱波。由縱波的性質(zhì)知，駐波波節(jié)處的聲壓最大。 當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，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(hào)也最強(qiáng)。移動(dòng)接收器到某個(gè)共振位置時(shí)，示 波器上又會(huì)出現(xiàn)最強(qiáng)的信號(hào)，繼續(xù)移動(dòng)到某個(gè)共振位置，則 兩次共振位置之間的距離即為 -。2實(shí)驗(yàn)儀器聲速測(cè)量?jī)x、示波器、信號(hào)發(fā)生器。1. 駐波法測(cè)聲速(1) 如圖所示連接好電路，讓 S和S2靠近并留有適當(dāng)?shù)目?隙，使兩端面平行且與游標(biāo)尺正交。(2

4、) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)給出的壓電換能器的振動(dòng)頻率 f ,將信號(hào)發(fā)生 器的輸出頻率調(diào)至f附近，緩慢移動(dòng)S2 ,當(dāng)在示波器上看到 正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定 S2 ,在仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生 器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大，讀出共振頻實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟¾rj.率f。(3) 在共振條件下，將S2移近SI ,在緩慢移開(kāi)S ,當(dāng)示波器 上出現(xiàn)振幅最大時(shí)，記下S2的位置Xo(4) 由近及遠(yuǎn)移動(dòng)S2 ,逐次記下各振幅最大時(shí)S2的位置，連 續(xù)測(cè)10個(gè)數(shù)據(jù)X1,X2,X3,x10(5) 用逐差法計(jì)算出波長(zhǎng)的平均值。2. 用相位法測(cè)聲速(1)調(diào)節(jié)示波器使，將“秒/格”旋鈕旋至X Y利用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接

5、收波的相位差，找出同相點(diǎn)。(2)在共振條件下，使S2靠近S ,然后慢慢移開(kāi)S2 ,當(dāng)示 波器上出現(xiàn)45傾斜線時(shí)，微調(diào)游標(biāo)卡尺上的微調(diào)螺絲，使圖 形穩(wěn)定，記下S2的位置xo(3) 繼續(xù)緩慢移開(kāi)S2 ,依次記下10個(gè)示波器上李薩如圖形 為45直線時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)X,X2,Xio(4) 用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。共振頻率f1.駐波法=37.613kHz數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理及記錄據(jù)處理及記錄9.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長(zhǎng)、” _(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(zhǎng)=2 X =9.296 mmV f =37.613 103 9.296 10 3ms 349.7m/s下面計(jì)算聲波速度的不確定度先計(jì)算的

7、不確定度，f5(< _)2 tAIU¥ =0.0466mmB =0.01mmAI51V5從而實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shù)據(jù)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(jì)算聲波速度的不確定度先計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果為V Y47*9 24)m/SEV

9、 0.7%實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及小結(jié)1. 駐波法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為V （349.7 1.7）msEV 0.5%2. 相位法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為V （347.9 2.4）msEV 0.7%誤差分析：（1）發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不是嚴(yán)格的駐波場(chǎng)（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(jué)誤差（4）觀察李薩如圖形時(shí)，并不能十分準(zhǔn)確控制每一次圖形變成直線時(shí)都是嚴(yán)格的直線（5）調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會(huì)有定誤差。實(shí)驗(yàn)的收獲、總結(jié)、體會(huì)1. 這次的實(shí)驗(yàn)讓我有耳目 新的感覺(jué)，因?yàn)榇_實(shí)是第 次 開(kāi)始完全靠自己去完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候覺(jué)得確 實(shí)挺難的，很多術(shù)語(yǔ)概念不熟悉，但是正是因?yàn)檫@樣的

10、一種 新的做實(shí)驗(yàn)的模式，才體現(xiàn)了大學(xué)生要學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)、自主 完成任務(wù)的意識(shí)。盡管實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)小時(shí)里面并不能夠?qū)⑦@個(gè) 實(shí)驗(yàn)所涵蓋的所有有關(guān)知識(shí)都學(xué)會(huì)，但是卻能夠?qū)@個(gè)實(shí)驗(yàn) 有了深刻的印象，而且在后來(lái)老師總結(jié)后，也能真正理解實(shí) 驗(yàn)原理了，并不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。2. 其次，我覺(jué)得這個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)聲速的方法還有其他用處，不僅 僅是測(cè)得聲波的速度，還可以測(cè)得其他一些以波的形式傳播 的物質(zhì)的速度。比如假設(shè)實(shí)驗(yàn)儀器夠精密，以此實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn) 方法，利用光具有波的性質(zhì)，是可以測(cè)出光速的。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)戦；曲老花務(wù)*1 :列0/2 /處/2建緻；樂(lè)祿馮養(yǎng)皿注網(wǎng)鄉(xiāng)盤(pán).戶學(xué)6B汀氏7” 8卜。68Em p. 1嚴(yán)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(xiāng)總/ 初為對(duì)彳哦為施