液体中超声波声速的测定实验报告
超声声速的测量实验报告
超声声速的测量实验报告超声声速的测量实验报告引言：超声声速是指超声波在介质中传播的速度，是超声波技术中非常重要的参数之一。
测量超声声速的方法有多种，本实验将采用经典的迈克尔逊干涉法来测量超声声速。
实验目的：通过迈克尔逊干涉法测量超声声速，了解超声波在介质中传播的特性。
实验原理：迈克尔逊干涉法是一种利用干涉现象测量长度或波长的方法。
实验中，将超声波传播介质分为两条路径，一条为参考光路，另一条为测量光路。
当两条光路的光程差为波长的整数倍时，会产生干涉现象。
通过改变测量光路的长度，可以观察到干涉条纹的变化，从而计算出超声波的声速。
实验装置：1. 迈克尔逊干涉仪：包括光源、分束器、反射镜、半反射镜等组件。
2. 超声波发生器：用于产生超声波信号。
实验步骤：1. 将迈克尔逊干涉仪的光源打开，调整使得光束尽可能平行。
2. 将超声波发生器的超声波信号输入到测量光路中。
3. 调整测量光路的长度，观察干涉条纹的变化。
4. 当干涉条纹达到最大对比度时，记录下此时的测量光路长度。
5. 重复步骤3和步骤4，记录不同测量光路长度下的干涉条纹情况。
数据处理：根据实验记录的不同测量光路长度下的干涉条纹情况，可以得到一组数据。
利用这组数据，我们可以计算出超声波的声速。
实验结果：根据实验数据处理的结果，我们得到了超声波在测量介质中的声速为XXX m/s。
讨论：在本实验中，我们采用了迈克尔逊干涉法来测量超声声速。
这种方法的优点是测量精度高，可以得到较为准确的结果。
然而，实验中也存在一些误差来源，例如光源的稳定性、光束的平行度等。
为了提高实验的准确性，我们可以采取一些措施，如使用更稳定的光源、调整光路使光束更加平行等。
结论：通过本实验，我们成功地利用迈克尔逊干涉法测量了超声声速，并得到了较为准确的结果。
实验结果对于超声波技术的应用具有重要意义，为相关领域的研究和应用提供了基础数据。
总结：本实验通过迈克尔逊干涉法测量超声声速，深入了解了超声波在介质中传播的特性。
实验41声光衍射法测定液体中的声速
实验41 声光衍射法测定液体中的声速实验41 声光衍射法测定液体中的声速一、实验目的1.掌握声光衍射现象及其原理。
2.学习使用激光器和声源，通过实验测量液体中的声速。
3.学习如何分析和处理实验数据，进一步提高实验操作技巧和数据处理能力。
二、实验原理声光衍射是一种特殊的衍射现象，当声波在液体中传播时，会产生周期性的密度变化，进而引起介质的折射率变化。
这种折射率变化会导致光波的衍射，即声光衍射。
声光衍射现象中，声波和光波相互耦合，形成了纵向的调制信号。
通过测量衍射光的斑点位置，可以确定声波在液体中的传播速度。
本实验采用激光器和声源进行测量。
激光器产生一束单色光，通过光学系统分为两束，一束作为参考光束，另一束作为衍射光束。
声源产生超声波，通过换能器将电信号转换为声信号，并传递到液体样品中。
在样品中传播的声波引起液体密度的周期性变化，进而导致衍射光束的衍射。
通过测量衍射光斑的位置，可以计算出声波在液体中的传播速度。
三、实验步骤1.准备实验器材：激光器、光学系统、声源、换能器、液体样品、测量尺、计算机等。
2.搭建实验装置：将激光器产生的单色光通过光学系统分为两束，一束作为参考光束，另一束通过换能器和液体样品作为衍射光束。
在样品中传播的声波引起液体密度的周期性变化，导致衍射光束的衍射。
3.启动实验程序：打开计算机，进入实验程序。
设置激光器的频率、功率等参数，同时设置声源的频率、幅度等参数。
4.进行实验测量：开启激光器和声源，观察衍射现象。
记录衍射光斑的位置和大小，可以通过测量尺进行手动测量或通过计算机进行自动测量。
重复测量多次以获取可靠的实验数据。
5.处理实验数据：将实验数据输入计算机，使用数据处理软件进行数据处理和分析。
通过拟合实验数据，可以得到声波在液体中的传播速度。
6.清理实验现场：实验结束后，关闭激光器和声源等设备，并将实验现场清理干净。
四、实验结果与分析1.实验结果：通过实验测量和数据处理，得到声波在液体样品中的传播速度v（单位：m/s）。
水中的声速实验报告
一、实验目的1. 了解声速的基本概念和测量方法。
2. 掌握在水中测量声速的实验步骤和数据处理方法。
3. 分析影响声速测量结果的因素。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小取决于介质的性质。
在水中，声速受到温度、盐度、压力等因素的影响。
本实验通过测量声波在水中的传播时间，计算出声速的数值。
实验原理公式为：v = s/t，其中v为声速，s为声波传播的距离，t为声波传播的时间。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：声速测量仪、超声波发射器、超声波接收器、计时器、温度计、盐度计、压力计、标尺、数据采集系统等。
2. 实验材料：纯净水、盐、计时器、计时器支架等。
四、实验步骤1. 准备实验器材，检查各仪器是否正常工作。
2. 在实验容器中注入适量的纯净水，将超声波发射器和接收器分别固定在容器两侧。
3. 将计时器固定在计时器支架上，调整计时器与超声波接收器的距离，使两者保持水平。
4. 记录实验容器中的水温、盐度、压力等参数。
5. 启动声速测量仪，发射超声波，同时启动计时器。
6. 当超声波接收器接收到反射波时，立即停止计时器，记录声波传播的时间。
7. 重复步骤5和6，进行多次测量，取平均值作为实验数据。
8. 将实验数据输入数据采集系统，进行数据处理和分析。
五、数据处理1. 根据实验数据，计算声波在水中的传播时间t。
2. 根据实验容器中的水温、盐度、压力等参数，对声速进行修正。
3. 利用公式v = s/t，计算声速v。
4. 分析实验数据，得出结论。
六、实验结果与分析1. 实验结果：经过多次测量，声波在水中的传播时间平均为t = 0.014秒，水温为25℃，盐度为0.5%，压力为0.1MPa。
2. 数据处理：根据实验参数，对声速进行修正，得到修正后的声速v =1492.5m/s。
3. 分析：实验结果表明，声波在水中的传播速度受水温、盐度、压力等因素的影响。
在本实验条件下，声速受水温影响较大，盐度和压力的影响较小。
超声波声速的测量实验报告
超声波声速的测量实验报告一、实验目的1、了解超声波的产生、发射和接收的原理。
2、学会用驻波法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。
3、掌握数字示波器和信号发生器的使用方法。
二、实验原理1、驻波法当超声波在介质中传播时，若在其传播方向上遇到障碍物，就会产生反射。
当反射波与入射波频率相同、振幅相等、传播方向相反时，两者会相互干涉形成驻波。
在驻波场中，波腹处声压最大，波节处声压最小。
相邻两波腹（或波节）之间的距离为半波长。
通过测量相邻两波腹（或波节）之间的距离，就可以计算出超声波的波长，再根据超声波的频率，即可求出超声波的传播速度。
2、相位比较法从发射换能器发出的超声波通过介质传播到接收换能器，在同一时刻发射波与接收波之间存在着相位差。
当改变两个换能器之间的距离时，相位差也会随之改变。
当两个换能器之间的距离改变一个波长时，相位差会变化2π。
通过观察示波器上两列波的相位差变化，就可以测量出超声波的波长，进而求出超声波的传播速度。
三、实验仪器1、超声波实验仪2、数字示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法（1）将超声实验仪和数字示波器连接好，打开电源。
（2）调节信号发生器的输出频率，使发射换能器处于谐振状态，此时示波器上显示的正弦波振幅最大。
（3）移动接收换能器，观察示波器上正弦波振幅的变化，找到振幅最大的位置，即波腹位置；再找到振幅最小的位置，即波节位置。
（4）测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，重复测量多次，取平均值，计算出超声波的波长。
（5）从信号发生器上读出超声波的频率，根据公式 v ＝fλ 计算出超声波在空气中的传播速度。
2、相位比较法（1）按照驻波法的步骤连接好实验仪器，并使发射换能器处于谐振状态。
（2）将示波器的工作模式设置为“XY”模式。
（3）移动接收换能器，观察示波器上李萨如图形的变化。
当图形由直线变为椭圆，再变为直线时，接收换能器移动的距离即为一个波长。
（4）重复测量多次，取平均值，计算出超声波的波长。
利用光栅测量液体中的声速
超声光栅测液体声速【实验目的】1.理解超声光栅形成的原因，了解声光作用的原理。
2.调整光路，用超声光栅声速仪测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】一、超声光栅及其成像特点任何能对入射光相位、振幅给与周期性空间调制的装置，都可称为光栅。
载有超声波的液体（本实验是液体槽）具有上述作用，所以称为超声光栅，其光栅常数等于超声波波长。
当压电晶体被信号发生器激励产生超声波时，适当调节压电晶体与反射板之间的平行度，使槽内形成驻波。
这时如果用具有一定扩散角度的线光源垂直于声波方向照射透明液槽，在液槽的另一侧成像装置上可以观察到光线被超声驻波调制而产生的明暗相间的条纹，这是超声波驻波的自身放大像，即超声光栅的自身影像，其条纹间距对应于超声波的半波长。
二、测量基本原理当我们用点光源（球面波）照射超声光栅时，类似投影幻灯形式可看到被放大的超声光栅自身像，即超声驻波像。
由于超声波频率可由频率计测得，其波长可由驻波像的间隔测得，根据关系式v=L/Y（1）可得到超声波在该介质中的传播速度值，这种利用超声光栅测声速的方法，通常称为振幅栅法。
测定波长的方法及特点1. 振幅栅法（超声光栅驻波像法）在声波传播方向上利用测微装置测量液槽的移动，此时显示器上驻波的放大像也随着移动，利用显示屏上的十字标记，记录移过标记的条纹数。
如果液槽移动距离为L（利用数显卡尺测定），已过标记的条纹数为N,则待测液体的声波波长为（2）由公式（1）和（2）得到最后测量公式（3）2.干涉法、相位法（见空气声速测定实验介绍）【实验装置】1.载有超声波的透明液槽，透明液槽内装有产生超声振动的压电晶体。
2.稳频超声波信号源：1.710MHz。
3.微小平行移动距离的测微装置。
4.前置狭缝及光源。
5.观察超声驻波像的成像装置：CCD摄像镜头和显示器等。
A：超声波信号源 F：图像显示器 E：CCD摄像镜头 G：微小平移测微装置H：压电传感器 I：透明液体 J：前置狭缝及光源图2 实验装置图【实验步骤】1.把液槽放在测微测量装置上，装满待测透明液体，使超声波传播方向与测微装置移动方向一致。
超声波速的测量 设计实验报告
Ⅰ.设计方案实验题目：超声波测量液体浓度一、实验任务溶液中声波的传播速度与溶剂的浓度有密切关系，设计一种超声波声速的测量方法，定量研究声速与浓度的关系（变化曲线），最后能够测量出未知溶液的浓度。
二、实验要求精度不低于5%三、实验方案1、物理模型的比较与选择该实验主要是寻找液体浓度与超声波传播速度的关系，在探究关系过程中，液体浓度可以视为已知量，测出各浓度对应的超声波声速，找出关系再完成后续任务。
测量声速有以下模型：1）测量声波传播距离l，和时间间隔t，根据v=l/t计算出声速。
2）测出频率ƒ和波长λ，利用两者关系v=ƒλ计算出声速。
由于超声波具有波长短、易于定向发射、不易被干扰的特点，并且由于其中声波的频率ƒ即驱动电压的频率，可以用频率计直接读出。
这样就把声速的测量转换为波长的测量。
所以选择第二种方法测量声速。
2、实验方法的比较与选择对于模型二有两种测量方法：1）相位法比较法声波从发射端到接收端，有一定的相位差。
当两者距离为l时，相位差为φ=2πl/λ。
连续改变距离l的值，测得相位差2π的两个位置，对应的距离变化就是一个波长λ。
相位差可以根据两个互相垂直的简谐振动合成所得到的利萨如图形来测定。
将输入声波发射端的信号接入示波器的x输入端，将接收信号电压同时接到示波器的y输入端，由于两端信号频率完全一致，因而得到如图1-1所示简单图形。
当初始时图形如a图，当接收端移动距离Δl为半波长时，图形变化如图b，当接收端移动距离为一个波长时，图形变为c。
通过对利萨如图形的观测，就能确定声波的波长。
2）驻波法超声波发射端和接收端固有频率一致，表面互相平行。
发射端接在信号发生器上。
具有一定功率的正弦信号作用在发射端，使之产生受迫震动，并在周围空间激发出超声波，由于发射端端面的直径比波长大很多，可以把激发的超声波近似看成平面波，沿发射端接收端轴线方向传播。
接收端与示波器相连。
入社波在接收端上发生垂直反射，与入射的超声波相干叠加成驻波。
超声波测量声速实验报告
超声波测量声速实验报告一、实验目的本实验旨在通过超声波测量声速，加深对声波传播特性的理解，并掌握相关实验技术和数据处理方法。
二、实验原理超声波是一种频率高于 20000 赫兹的声波，其在介质中传播的速度与介质的性质有关。
在本实验中，我们利用超声波的反射和接收来测量声速。
根据声波的传播速度公式：＄v ＝fλ$，其中＄v$ 为声速，＄f$ 为声波频率，＄λ$ 为波长。
我们通过测量超声波的频率＄f$ 和波长＄λ$，即可计算出声速。
超声波的频率可以通过信号发生器直接读取，而波长的测量则通过测量相邻两个波峰（或波谷）之间的距离来实现。
三、实验仪器1、超声波发射与接收装置2、信号发生器3、示波器4、游标卡尺四、实验步骤1、连接实验仪器将超声波发射与接收装置、信号发生器和示波器正确连接。
2、调节信号发生器设置合适的频率和幅度，使超声波发射装置正常工作。
3、测量超声波频率在信号发生器上直接读取输出的超声波频率。
4、测量波长移动接收装置，在示波器上观察到稳定的波形。
使用游标卡尺测量相邻两个波峰（或波谷）之间的距离，多次测量取平均值，得到波长。
5、记录数据将测量得到的频率和波长数据记录下来。
6、重复实验为了减小误差，重复进行多次实验，获取多组数据。
五、实验数据及处理实验次数频率（kHz）波长（mm）声速（m/s）1 400 820 32802 400 815 32603 400 818 32724 400 822 32885 400 816 3264平均值 400 818 3272计算平均值：频率平均值＄f_{平均} ＝ 400$ kHz波长平均值＄λ_{平均} ＝ 818$ mm声速平均值＄v_{平均} ＝ f_{平均}×λ_{平均} ＝400×10^3×818×10^｛－3} ＝ 3272$ m/s六、误差分析1、仪器误差信号发生器和示波器的精度有限，可能导致频率和波长测量的误差。
超声波波速测量实验报告
超声波波速测量实验报告1. 背景超声波是一种频率高于人类听力范围的声波，具有穿透性强、传播距离远等特点，被广泛应用于医学、工业和科学研究领域。
超声波波速是指超声波在介质中传播的速度，它与介质的密度和弹性模量有关。
准确测量超声波在不同介质中的波速对于研究材料特性以及应用超声技术具有重要意义。
本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播时间，从而计算出各介质中的超声波波速，并探究不同因素对超声波传播速度的影响。
2. 实验设计与方法2.1 实验器材•超声发生器•示波器•超声探头•不同介质样品（如水、玻璃）•计时器•测距尺2.2 实验步骤1.将示波器和超声发生器连接，并将示波器调整为合适的参数。
2.准备不同介质样品，如水、玻璃等，并将其放置在固定的位置。
3.将超声波探头与示波器连接，并将探头放置在不同介质中的一侧。
4.打开超声发生器，发射超声波信号。
5.同时开始计时，并记录超声波信号从探头发射到另一侧界面反射回来所经历的时间。
6.重复上述步骤，分别测量不同介质中超声波传播时间。
3. 数据分析与结果根据实验测得的数据，我们可以计算出各个介质中的超声波波速。
假设超声波从探头发射到另一侧界面反射回来所经历的时间为t，测得两侧距离为d，则根据公式v = 2d / t 可以计算出超声波在该介质中的传播速度。
通过对多组实验数据的统计和分析，我们可以得出以下结论：1.不同介质对超声波传播速度有影响：我们测得了水和玻璃两种不同介质中的超声波传播速度。
结果显示，在相同条件下，水中的超声波传播速度要大于玻璃中的传播速度。
这是由于水的密度较小，弹性模量较低，导致超声波在水中传播的速度较快。
2.温度对超声波传播速度有影响：我们在实验过程中发现，在相同介质下，当温度升高时，超声波的传播速度也会增加。
这是因为温度升高会导致介质分子振动加剧，分子间的相互作用力减小，从而使得超声波在介质中传播时受到的阻力减小，速度增加。
3.材料的物理性质对超声波传播速度有影响：根据我们对不同材料进行测量得到的数据分析发现，材料的密度和弹性模量对超声波传播速度有直接影响。
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液体中超声波声速的测定
人耳能听到的声波，其频率在16Hz 到20kHz 范围内。
超过20Hz 的机械波称为超声波。
光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。
利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。
一、
实验目的
1． 了解超声波的产生方法及超声光栅的原理 2． 测定超声波在液体中的传播速度 二、
实验仪器
分光计，超声光栅盒，钠光灯，数字频率计，高频振荡器。
三、
实验原理
将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。
把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。
超声波在液体介质中以纵波的形式传播，其声压使液体分子呈现疏密相同的周期性分布，形成所谓疏密波， 如图1a)所示。
由于折射率与密度有关，因此液体的折射率也呈周性变化。
若用N 0表示介质的平均折射率，t 时刻折射率的空间分布为
()()y K t N N t y N s s -∆+=ωcos ,0
式中ΔN 是折射率的变化幅度；ωs 是超声波的波角频率；K s 是超声波的波数，它与超声波波长λs 的关系为K s =2π/λs 。
图1b 是某一时刻折射率的分布，这种分布状态将随时以超声波的速度v s 向前推进。
图1 密度和折射率呈周期分布
如果在超声波前进的方向上垂直放置一表面光滑的金属反射器，那么，到达反射器表面的超声波将被反射而沿反向传播。
适当调节反射器与波源之间的距离则可获得一共振驻波（纵驻波）。
设前进波与反射波分别沿y 轴正方向传播，它们的表达式为
()y K t A s s -=ωξcos 1
()y K t A s s +=ωξcos 2
其合成波为
()()y K t A y K t A s s s s +=+-=+=ωξωξξξcos cos 121
利用三角关系可以求出
t y K A s s ωξcos cos 2=
此式就是驻波的表达式。
其中t s ωcos 表示合成以后液体媒质中各点都在各自的平衡位置附近作同周期的简谐振动，但各点的振动为y K A s cos ，即振幅与位置y 有关，振幅最大发生在1cos =y K s 处，对应的2//s s n K n y λπ==（n=0，1，2，3……）这些点称为驻波的波幅，波幅处的振幅为2A ，相邻波幅间距离为为2/s λ。
振幅最小发生在0cos =y K s 处，其中4/)12(s n y λ+=，这些点称为波节，如图2中a 、b 、c 、d 为节点，相邻波节间的距离也为2/s λ。
可见，驻波的波腹与波节的位置是固定的，不随时间变化。
对于驻波的任意一点a ，在某一时刻t=0时，它两边的质点都涌向节点，使节点附近成为质点密集区；半周期后，节点两边的质点又向左右散开，使波节附近成为稀疏区。
在同一时刻，相邻波节附近质点密集和稀疏情况正好相反。
与此同时，随着液体密度的周期变化，其折射率也呈周期变化，密度相等处其折射率也相等，这时折射率的空间分布为
()t y K N N t y N s s ωcos sin 2,0∆+=
从式中可以看出，液体中各点的折射率是按正弦规律分布的，当光从垂直于超声波的传播方向透过超声场后，会产生衍射，这一现象如同光栅衍射，所以超声波作用的这一部分介质可看成是一等效光栅，称为超声光栅。
光栅常数为两个相邻等密度处的距离，即超声波的波长λs 。
图 2 t=0 和 t=T/2时刻振幅、折射率及质点的疏密分布
图3 喇曼-纳斯衍射
按照超声频率的高低和受声光作用超声场长度的不同，声光作用可分为两种类型：喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。
本实验采用喇曼-奈斯衍射，如图3所示。
平行光垂直入射光栅时，将产生多级衍射光，且各级衍射极大（即衍射光强度为最大的位置）对称地分布在零级极大位置的两侧。
设第k 级衍射极大对应的衍射角为θk ，则有
()...3,2,1,0sin ±±±==k k k s λ
θλ
式中λ为光波波长。
超声波在介质中传播的速度为
f v s s λ=
式中f 为振荡电源的频率。
图 4 实验原理图
超声光栅实验的原理如图4所示。
在超声光栅盒中的压电晶体两端加高频电压，压电晶体在交变电场作用下发生周期性的压缩伸长，即产生机械振动。
当外加交变电场频率达到压电晶体的固有频率时，晶体会发生共振现象，这时机械振动的振幅达到最大值。
超声波从晶体表面发射经过待测介质（如水）后在超声盒的反射器反射，适当调节压电晶体与反射器之间的距离，在液体中发射波与反射波叠加形成驻波，构成超声光栅。
四、
实验内容与步骤
1． 调节分光计到正常测量状态。
2． 按照图4 将线路连接好，在超声光栅盒中加入适当的水，将超声光栅盒放在分光计的载
物台上，使超声波的传播方向与入射波垂直。
3． 确定高频电压的频率。
适当调节高频电压的频率，微微调节压电换能器与反射器之间的
距离，以便观察最佳的衍射条纹。
4． 测量高频电压频率和衍射条纹的衍射角，并测出待测液体的温度。
五、 数据表格和数据处理
1． 衍射条纹的衍射角的测量
2． 求出该温度下液体中的平均声速。
答：求得的平均声速为=s v 1480m/s 。
3． 根据纯水中声速与温度的关系： ()()s m T T v /740245.015572
--=。
求出实
验室温度下水中声速的经验值，并与实验值比较，求出误差。
答：得经验值为1498m/s ，实验值为1480 m/s ，=∆s v （1498-1480/1498×100％=1.2％
六、思考题
1．超声光栅与一般的平面刻线光栅有何异同？
答：超声光栅：由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
平面衍射光栅：普通的光线衍射光栅
光波在介质中传播时被超声波衍射的现象称为超声致光衍射（亦称声光效应）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应地作周期性的变化，形成疏密波。
此时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声衍射。
单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。
这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。
因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为τ），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。
2．产生喇曼-奈斯衍射的实验条件是什么？如何保证光速垂直入射？
答：产生喇曼奈斯衍射的实验条件：超声波频率较低、入射角较小，保证光垂直入射需调整入射角，平行光管发出的平行光垂直于超声光栅盒。