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1、声速的测量实验报告篇一：大学物理实验报告-声速的测量实验报告声速的测量【实验目的】1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速 2.学会用逐差法进行数据处理； 3.了解声速与介质参数的关系。【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。 超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。 声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v?
2、f由式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用v?L/t表 示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。 1. 共振干涉法实验装置如图1所示，图中S1和S2为压电晶体换能器，S1作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；S2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当S1和S2的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即L=n， n=0，1，2，2时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2n，因此形成共振。因为接收器S2的表面振
3、动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值。图中各极大之间的距离均为/2，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器S2的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式求得声速。2. 相位比较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。利用这个原理，可以精确的测量波长。实验装置如图1所示，沿波的传播方向移动接收器S2，接收到的信号再次与发射器的位相相同时，一
4、国的距离等于与声波的波长。同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号，它们的频率严格一致，所以李萨如图是椭圆，椭圆的倾斜与两信号的位相差有关，当两信号之间的位相差为0或时，椭圆变成倾斜的直线。 3. 时差法 用时差法测量声速的实验装置仍采用上述仪器。 由信号源提供一个脉冲信号 经S1发出一个脉冲波，经过一段距离的传播后，该脉冲信号被S2接收，再将该信号返回信号源，经信号源内部线路分析、比较处理后输出脉冲信号在S1、S2之间的传播时间t，传播距离L可以从游标卡尺上读出，采用公式即可计算出声速。 4. 逐差法处理数据 在本实验中，若用游标卡尺测出2n个极大值的位
5、置，并依次算出每经过n个/2的距离为?=? ?+? ? /? ?=1?。如测不到20个极大值，则可少测几个，用这样就很容易计算出类似方法计算即可。 【实验数据记录、实验结果计算】 实验时室温为16，空气中声速的理论值为 ?=?0 1+ =341.019?/? 1共振干涉法 频率 f=35.617#include #includeusing namespace std;constint n=10;const double f=35.617;const double L2*n=50.00, 52.58, 54.41, 57.46, 59.63, 62.40, 64.46,67.37, 70.60,
6、 72.16,74.01, 77.00, 79.01, 81.84, 83.80, 86.92, 88.78, 91.66, 93.31, 96.49;double LMD=0;int main for LMD+=*2/n/n; printf; system; return 0; 此程序运行结果为：v= 344.461 m/s; 2相位比较法 频率 f=35.618 使用逐差法进行数据处理，处理过程由C+程序完成，程序如下 #includeusing namespace std;constint n=5;const double f=35.618;const double L2*n=54.82
7、, 64.41, 74.02, 83.74, 93.40, 103.06, 112.90, 122.36, 131.86, 141.09; double LMD=0;int main for LMD+=/n/n; printf; system; return 0; 此程序运行结果为：v=343.187 m/s 3时差法测量空气中声速 计算机作图如下： 由于第二组数据，存在较大误差，因此将其去掉。计算机计算得 v = 344.41 m/s篇二：实验报告-声速的测量物理实验报告姓名： 专业： 班级： 学号：实验日期：实验教室： 5107 指导教师： 一、 【实验名称】 超声波声速的测量二、 【实验
8、目的】 1、了解声速的测量原理2、学习示波器的原理与使用3、学习用逐差法处理数据三、 【仪器用具】1、SV-DH-3型声速测定仪段 （资产编号）2、双踪示波器 （资产编号）3、SVX-3型声速测定信号源（资产编号）四、 【仪器用具】1.超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在2060kHz之间。在此频率范围内，采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器效果最佳。 后盖反 压电陶瓷片辐射头正负电图1 纵向换能器的结构简图压
9、电陶瓷换能器根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。声速教学实验中所用的大多数采用纵向换能器。图1为纵向换能器的结构简图。2.共振干涉法（驻波法）测量声速假设在无限声场中，仅有一个点声源S1（发射换能器）和一个接收平面（接收换能器S2）。当点声源发出声波后，在此声场中只有一个反射面（即接收换能器平面），并且只产生一次反射。在上述假设条件下，发射波1=Acos（t+2x /)。在S2处产生反射，反射波2=A1cos（t+2x /)，信号相位与1相反，幅度A1A。1与2在反射平面相交叠加，3 合成波束3=1+2=+A1cos（t+2x /)=A1coscost
10、+A2cos（t - 2x /)由此可见，合成后的波束3在幅度上，具有随cos呈周期变化的特性，在相位上，具有随呈周期变化的特性。图4所示波形显示了叠加后的声波幅度，随距离按cos变化的特征。 发射换能器与接收换能器之间的距离包络波 图2 换能器间距与合成幅度实验装置按图7所示，图中S1和S2为压电陶瓷换能器。S1作为声波发射器，它由信号源供给频率为数十千赫的交流电信号，由逆压电效应发出一平面超声波；而S2则作为声波的接收器，压电效应将接收到的声压转换成电信号。将它输入示波器，我们就可看到一组由声压信号产生的正弦波形。由于S2在接收声波的同时还能反射一部分超声波，接收的声波、发射的声波振幅虽有
11、差异，但二者周期相同且在同一线上沿相反方向传播，二者在S1和S2区域内产生了波的干涉，形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器S2处的振动情况。移动S2位置（即改变S1和S2之间的距离），你从示波器显示上会发现，当S2在某此位置时振幅有最小值。根据波的干涉理论可以知道：任何二相邻的振幅最大值的位置之间（或二相邻的振幅最小值的位置之间）的距离均为/ 2为了测量声波的波长，可以在一边观察示波器上声压振幅值的同时，缓慢的改变S1和S2之间的距离。示波器上就可以看到声振动幅值不断地由最大变到最小再变到最大，二相邻的振幅最大之间的距离为/2；S2移动过的距离亦为/2。超声换
12、能器S2至S1之间的距离的改变可通过转动鼓轮来实现，而超声波的频率又可由声速测试仪信号源频率显示窗口直接读出。 图3 用李萨如图观察相位变化 在连续多次测量相隔半波长的S2的位置变化及声波频率f以后，我们可运用测量数据计算出声速，用逐差法处理测量的数据。3. 相位法测量原理由前述可知入射波1与反射波2叠加，形成波束3即3 =A1coscost+A2cos（t - 2x /)即对于波束：1 =Acos（t - 2x /)由此可见，在经过x距离后，接收到的余弦波与原来位置处的相位差（相移）为= 2 x /。如图5所示。因此能通过示波器，用李萨如图法观察测出声波的波长。4. 时差法测量原理连续波经脉
13、冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由以下公式求出： 速度V=距离L/时间t 图4 发射波与接收波 通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t ,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。五、【实验内容】1.仪器在使用之前，加电开机预热15min。在接通市电后，自动工作在连续波方式，选择的介质为空气的初始状态。2. 驻波法测量声速。2.1 测量装置的连接： 图5 驻波法、相位法连线图 如图5所示，信号源面板上的发射端换能器接口（S1），用于输出一定频率的功率信号，请接至测试架的发射换能器（S1）
14、；信号源面板上的发射端的发射波形Y1 ，请接至双 踪示波器的CH1（Y1），用于观察发射波形；接收换能器（S2）的输出接至示波器的CH2（Y2）2.2 测定压电陶瓷换能器的最佳工作点只有当换能器S1的发射面和S2的接收面保持平行时才有较好的接收效果；为了得到较清晰的接收波形，应将外加的驱动信号频率调节到换能器S1、S2的谐振频率点处时，才能较好的进行声能与电能的相互转换（实际上有一个小的通频带），以得到较好的实验效果。按照调节到压电陶瓷换能器谐振点处的信号频率，估计一下示波器的扫描时基t/div，并进行调节，使在示波器上获得稳定波形。超声换能器工作状态的调节方法如下：各仪器都正常工作以后，首先调节发射强度旋钮，使声速测试仪信号源输出合适的电压（810VP-P之间），再调整信号频率（在2545kHz），选择合适的示波器通道增益（一般0.2V1V/div之间的位置），观察频率调整时接收波的电压幅度变化，在某一频率点处（34.537.5kHz之间）电压幅度最大，此频率即是压电换能器S1、S2相匹配频率点，记录频率FN，改变S1和S2间的距离，适当选择位置，重新调整，再次测定工作频率，共测5次，取平均频率f。2.3 测量步骤
