空气中声速的测定

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1、空气中声速的测定篇一：空气中声速的测定实验3-12 空气中声速的测定一、画出实验原理图二、测量公式及式中各量的物理意义三、预习自测题1. 超声波是指频率kHz的声波。2本实验用两个压电元件作换能器，一个换能器由高频电信号 激振而产生，另一个作为接收器将高频变化的声压转换为。3两个换能器相对放置且端面平行时，在它们间形成驻波，当 接收器位于驻波场中的处时声压最大，此时示波器显示的幅值。4实验中，为了使发射换能器谐振，要调节信号源的输出频率， 判断其谐振与否的标志为（1）；（2） 。5相位法测声速时，将发射器与接收器的正弦信号分别输入示 波器的x轴与y轴，两个信号的合成在屏幕上形成李萨如图。当接收

2、 器移动时，图象将作周期性变化，每改变一个周期，换能器移动的距离为，相位改变 。 四、原始数据记 录与处理1驻波法实验数据频率f二（Hz）室温t二（C）对测量量L,其平均值的1A 类不确定度 SL?（Li?）2? ?5（5?l）i?lB类不确定度u? C2则不确定度 uL?SL?u2?这样 ?22? u?uL? 55则V?f? uV?fu?速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E?VtVt?100%?2相位法实验数据（每隔2?测一次）频率f二（Hz）室温t二（C）对测量量L,其平均值的A类不确定度SL? B类不确定度u? C2则不确

3、定度uL?SL?u2?这样? u?则 V?f? uV?fu?速度V的完整表示为当温度为t时，空气中声速Vt?V0?t?则实验测量值与理论计算值的相对百分误差为 E?VtVt?100%?3双踪显示法实验数据(选作)频率 f =(Hz)室温 t 二(C)篇二：声速的测定实验报告 声速的测定实验报告 1、实验目的( 1 )学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 ( 2 ) 进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。(3)学会用逐差 法处理数据。2、实验仪器超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B、示波器ST16B。3、实验原理31 实验原理声速V、频率f和波长入之间的关系式为V?f?。

4、如果能用实验 方法测量声波的频率f和波长入，即可求得声速V。常用的测量声速 的方法有以下两种。32 实验方法321 驻波共振法（简称驻波法）S1发出的超声波和S2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉 而形成驻波。当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大 值，此时的频率为共振频率。驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边 界条件，在声速实验中，S1、S2 即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节， 所以驻波的共振条件为：L?n,n?1,2,3?2（1）即当S1和S2之间的距离L等于声波半波长的整数倍时，驻波 系统处于共振状态，驻波振幅最大。在示波器上得到

5、的信号幅度最大。 当 L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小移动S2，可以连续地改变L的大小。由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即S2 所移过的距离为：2 （2）? 可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化,相当于L改变了 2。 此距离 2 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号 发生器上的频率计读得，根据 Vf ，就可求出声速。322 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法）在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合 成图形称为李沙如图形。其轨迹方程为：?L?Ln?1?Ln?n?1?2?n?2?X?Y?2XY?Cos?2?1?Sin2?2

6、?1A1A2 ?A1?A2? （5）在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。当相位差222?1?0时，由（5）式，得y?A2xAl,即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线参见图16 2（a）。2yx1?2?1?222时，得A1A2，轨迹为以坐标轴为主轴的椭圆当2当2?1? 时,得y?A2xA1，轨迹为处于第二和第四象限的一条直线。改变S1和S2之间的距离L，相当于改变了发射波和接受波之间 的相位差（2?1 ），荧光屏上的图形也随之变化。显然，L每变化半个波长（即?L?Ln?1?Ln?)2,位相差?就变化?。随着振动相位差从0？的变化，李沙如 图形就按图162(a) - (b) -(c)变化。因此，每

7、移动半个波长, 就会重复出现斜率符号相反的直线。测得波长和频率f,根据V?f?, 就可计算出声速。?4、实验内容(1) 熟悉声速测定仪该仪器由支架、游标卡尺和两只超声压电换能器组成。两只超 声压电换能器的位置分别与游标卡尺的主尺和游标相对定位,所以两 只换能器相对位置距离的变化量可由游标卡尺直接读出。两只超声压电换能器,一只为发射声波用(电声转换),一只为 接收声波(声电转换),其结构完全相同。发射器的平面端面用以产 生平面声波；接收器的平面端面则为声波的接收面和反射面。压电换 能器产生的波具有平面性、单色性好以及方向性强的特点。同时可以 控制频率在超声波范围内,使一般的音频对它没有干扰。(2

8、) 驻波法测量声速1) 按图接好线路，把换能器S1引线插在低频信号发生器的“功 率输出孔”把换能器S2接到示波器的“Y input”2) 打开电源开关，把频率倍乘按钮X10K压入，调节幅度电位 器，使数码显示屏读数58V电压，电压衰减按钮为20dB；波形选择 为正弦波（弹出状态）。3）压入示波器电源开关，把示波器Y衰减开关VOLTS/DIV置档， Y输入方式置AC位。扫描档TIME/DIV为20us，触发源（触发TRIG） 选择“内同步I NT”触发方式为“自动”4）移动 S2 位置，目测 S1 与 S2 的距离为 3cm 左右，调整低频 信号发生器的“频率调节”波段开关，调节频率微调电位器，

9、使数码 显示屏的频率读数为范围。观察示波器，当屏幕的波形幅度最大时， 说明换能器 S1 处于共振状态。记下频率 f 值（实验过程中，频率 f 不许改变，否则影响实验数据）。5）示波器荧幕的波形若不在中央，可调节垂直或水平位移电位 器；波形太小（可能不稳定）或太大，可调节Y增益电位器VARIABLE, 使波形幅度适中。6）注意：实验过程中不要用手触摸两个换能器，以免影响测量 精确性。7）向右稍移S2，并调整游标卡尺的微调螺丝，同时观察示波器 上波形，使波形幅度最大，幅度如果超过屏幕，可调整 Y 增益 VARIABLE，使波形满屏。记下S2的初始位置L0。8由近至远慢慢移动接收器S2,逐个记下九个

10、幅度最大的位置 （即 Li 值）。（3） 相位法测声速1）把示波器触发方式选择“外接”。2）把示波器的“Yinput”接超声波测速仪的接收器S2,示波器“X输入”联接到低频信号发生器的电压输出（不能接同步输出）。3）把S2调回距S1大约3cm，移动接收换能器S2，调节游标卡 尺微调螺丝，同时观察示波器的图形变化，使图形为“/”，记下 S2 初始位置L0。4）由近至远，慢慢移动S2，并注意观察图形变化，逐下记下每 发生一次半周期变化（即图形由“/”直线变到“”直线）接收换能 器S2的位置读数Li值，共测十个数据。5）实验完毕，关掉电源， 整理好仪器5、实验参考数据1）驻波法测量声速共振频率f二表

11、1 驻波法测量波长的测量数据次序Li10?3mm次序Li10?3mmLi?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm1 2 3 4 56 7 8 9 10逐差法处理表1数据152SL?L?vLi?5?Li?I?5in?1i?1标准偏差= CnSLi?5?LivLI?5?Li uB?m?合成不确定度为222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u(mm)?LBi?5i3频率f不确定度声速V的相对不确定度EV?(uff)?(2uf?mf?(HZ)uLI?5?LiLi?5?Li)2?()?()?%声速的计算V?f(Li?5?Li)(m/s)55声速 V 不确定度为uV?VEV3(m/s)

12、室温时声速结果表达式： ?V?V?uV?(m/s)(p?)?EV?%2) 相位法测量声速 参考驻波法。6. 结论：1)实验测量结果与理论值接近，是误差允许范围。2) 相位法测量优于驻波法测量。7. 误差分析：1)共振频率的不稳定。2)换能器的不完全平行3) 示波器上振幅极大值 的不稳。4)随着换能器的距离的增加能量会有减弱。 5)测量 时会含有回程差。篇三：实验报告 声速的测定 实验报告 声速的测定-驻波法测声速 2013301020142吴雨桥13 级弘毅班物理科学与技术学院 本实验 利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。实验目的(1) 学会用驻波法测定空气中的声速。(2) 了解压电换能器

13、的功能，熟悉低频信号发生器和示波器的使 用。(3) 掌握用逐差法处理实验数据。实验器材声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、 屏蔽导线。仪器介绍声波驻波仪如图所示，在量程为50cm的游标尺的量爪上，相向 安置两个固有频率相同的压电换能器。移动游标及借助其微动装置就 可精密地调节两换能器之间的距离 L。压电换能器是实现声波(机械振动)和电信号相互转换的装置， 它的主要部件是压电陶瓷换能片。当输给一个电信号时，换能器便 按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。 当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。压电换能器 S1 作为平面声波发射器，电信号由低频信

14、号发生器 供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器S2作为声 波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上，转换的电信号由毫伏表指 示。为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。实验原理声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，它和声源振动的频率f、波长入有如下关系：v=f入如果已知声源振动的频率f,只要测定声波在空气中的波长入， 即可由上式求得空气中的声速。本实验采用驻波法测定声波在空气中 的波长入。两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两 个波源之间距离等条件的限制。驻波的强度和稳定性因具体条件的不 同有很大差异。只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻 波振幅才

15、达到最大值，该现象称为驻波共振。改变SI、S2端面之间的距离L,当SI、S2端面之间的距离L恰 好等于超声波半波长的整数倍时，即L=n入/2 (n=l,2,3)在SI、S2 之间的介质中出现稳定的驻波共振现象，此时逐波振幅达到最大;同 时，在接受面上的声压波腹也相应的达到极大值，转化为电信号时， 电信号的幅值也会到达极大值。因此，连续移动S2,增大S1与S2 的间距L,每当L满足L=n入/2 (n=l,2,3)时，毫伏表显示出电压 最大值，记录这些S2的坐标(由游标卡尺直接读数)，则两个相邻读 数之差即为半波长入/2。另外由频率计可以监测到频率f，就可计算 出声速V。t等于任一温度时，声波在理想气体中的传播速度为v二V0 1+?式中