超声波传播速度的测量
超声波速度测量实验
超声波速度测量实验一、引言超声波技术在当今的科学研究和工程领域中起着重要作用。
超声波的传播速度对于材料的性质、结构以及实验数据的准确性都具有重要意义。
本文将介绍基于超声波技术进行速度测量的实验原理、方法以及实验步骤。
二、实验原理超声波是指频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度取决于介质的密度和弹性模量。
在传统声速测量中，通常采用测量声波在固体或液体介质中的传播时间来计算其速度。
实验中将使用超声波传感器通过发送超声波脉冲并记录其接收信号来测量介质中超声波的传播时间，从而计算得到超声波的速度。
三、实验装置•超声波发射器和接收器•示波器•数字计时器•介质样品四、实验步骤1.将超声波发射器和接收器分别固定在待测介质样品的两端。
2.设置超声波发射器发送脉冲信号，记录示波器上的信号波形并测量其发送时间。
3.等待接收到超声波信号后，记录示波器上的接收信号波形，并测量其接收时间。
4.计算超声波在介质中的传播时间差Δt。
5.根据实验测得的时间数据，利用公式计算出超声波在介质中的传播速度。
五、实验结果与分析实验结果显示，不同介质中超声波的传播速度存在差异，这与介质的密度和弹性模量密切相关。
通过实验数据的分析，可以进一步探讨介质性质与超声波传播速度之间的关系，并验证理论模型的准确性。
六、结论通过本实验，我们成功利用超声波技朶实验测定了介质中超声波的传播速度。
超声波速度测量实验具有重要科学意义和应用价值，可用于材料性质、结构分析以及实验数据处理。
希望本文的介绍能为读者提供有益信息，促进相关领域的研究和实践。
超声声速的测量
超声声速的测量超声声速的测量方法超声声速是指声波在介质中传播的速度。
它是物理学中的一个重要概念，可以用于诸多领域的研究和应用，例如材料科学、地质学、医学等。
本文将介绍超声声速的测量方法。
超声声速的测量可以通过多种方法实现。
其中最常用的方法是利用超声波在介质中传播的速度和距离之间的关系来确定声速。
以下将介绍几种常见的测量方法。
1. 超声贴片法超声贴片法是一种简单而有效的测量超声声速的方法。
它的原理是利用超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，在被测介质的表面上粘贴一个超声贴片。
然后，通过超声波发射器发射出一个短脉冲的声波。
当声波到达贴片后，会被贴片吸收并产生一个信号。
利用超声信号的传播时间和贴片距离之间的关系，可以计算出超声波在介质中传播的速度。
2. 超声探头法超声探头法是一种常用的测量超声声速的方法之一。
它的原理是通过超声探头接收并测量超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声探头置于被测介质中。
然后，通过超声波发射器向介质中发射一个短脉冲的声波。
超声波在介质中传播一段时间后，会被超声探头接收到。
利用超声信号的传播时间和已知的探头距离，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
3. 超声衍射法超声衍射法是一种基于声波衍射现象的测量超声声速的方法。
它的原理是通过测量超声波在介质中的衍射角度来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声波垂直地照射到被测介质上的一个缝隙或孔洞处。
在介质内，超声波遇到缝隙或孔洞会发生衍射现象。
测量衍射角度，再利用声学原理中的衍射公式，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
需要注意的是，在进行超声声速的测量时，应该选择合适的设备和方法，严格按照操作规程进行操作。
另外，还要考虑到介质的性质和特点，以保证测量结果的准确性。
总结起来，超声声速的测量方法主要包括超声贴片法、超声探头法和超声衍射法。
这些方法既简单又有效，能够在不同领域中广泛应用。
通过准确测量超声声速，我们可以深入了解介质的特性，并且为相关领域的研究和应用提供科学依据。
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文
超声波在不同介质中的传播速度及损耗系数测量-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，由于其具有波长短、传播方向性好等优点，在大学物理的声速测量实验中一般选择超声波段的声波进行测量。
超声波由于其频率高、功率大、穿透能力强、信息携带量大等特点，已广泛应用于工业、农业、生物医学以及科学研究等领域，如超声波测距和定位、超声波无损检测、超声波清洗等。
描述声波的物理量有波长、频率、传播速度、强度等，对这些量的测量是声学技术的重要内容，声速的测量在声波测距、定位和无损检测中有着广泛的应用。
声速测量实验属于大学物理实验中的基础性实验，一般仅开设超声波在空气中传播速度的测量，该部分原理简单，导致实验内容不饱满，因此，根据仪器特点，可将声速测量实验改造为超声波专题设计综合实验，增设一些设计性实验内容。
测量超声波在不同介质中的传播速度;研究同一介质中随发射和接收端距离变化，接收端振幅的变化规律;计算不同介质中超声波的损耗系数等。
对于实验数据的处理要求学生使用Origin、Matlab 等软件辅助完成，在学习物理内容的同时，熟练掌握常用数据处理软件的使用，不断挖掘学生学习的积极主动性，培养学生的创新意识和能力。
1 实验原理超声波传播速度常用的测量方法有共振干涉法、相位法、反射回波法等，本文采用共振干涉法研究不同介质中超声波的传播特性。
共振干涉法又称驻波法，实验装置如图 1 所示，由示波器、声速测量仪和信号发生器组成，S1和S2为压电陶瓷换能器，利用压电效应实现声压和电压之间的相互转换。
在信号发生器产生的交变电压作用下，使发射端S1产生机械振动，将激发的超声波经介质传播到接收端S2，若接收面与发射面平行，声波在接收面处就会被垂直反射，当接收端与发射端距离恰好等于半波长的整数倍时，两波叠加后形成驻波，当信号发生器的激励频率等于压电陶瓷换能器的固有频率时，会产生驻波共振。
超声波测速原理和公式
超声波测速原理和公式
超声波测速是一种常见的非接触式测速方法，其原理基于声学波传播的时间差测量，可以用于测量各种物体的速度，例如液体、气体、固体等。
本篇文章将介绍超声波测速的原理和公式。
原理：
超声波测速的原理是利用超声波在介质中的传播速度与介质的
密度、弹性模量等物理特性相关，从而推导出速度与传播时间的关系。
具体来说，当超声波从源点出发，穿过介质中的目标物体，到达接收器时，其传播时间t与传播距离d之间的关系为：
t = d / c
其中c为超声波在介质中传播的速度。
由于超声波在不同介质中的传播速度不同，因此可以通过测量传播时间t和传播距离d来计算物体的速度v。
公式：
超声波测速的公式如下：
v = d / t = d × f
其中v为物体的速度，d为传播距离，t为传播时间，f为超声波的频率。
由于超声波的频率通常比较高，因此其波长较短，可以实现高精度的测量，广泛应用于工业生产、医疗诊断等领域。
总之，超声波测速是一种精度高、可靠性好的测量方法，可以应用于各种物体的速度测量和控制。
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超声波波速测量实验报告
超声波波速测量实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过超声波测量技术，掌握超声波波速测量方法，了解超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及掌握超声波在材料中传播时的衰减规律。
二、实验原理1. 超声波测量原理超声波是指频率高于人类听觉范围（20Hz ~ 20kHz）的机械振动波。
当超声波在介质中传播时，会受到介质密度、弹性模量等物理参数的影响。
因此，在不同介质中传播时，其传播速度也会发生变化。
根据超声波在介质中传播的特点和规律，可以通过测量其在不同介质中的传播时间和路径长度来计算出其传播速度。
2. 超声波衰减原理当超声波在材料中传播时，由于材料内部存在着各种缺陷和微小孔隙等结构，因此会受到能量损失和衰减。
这种能量损失和衰减就称为超声波衰减。
根据超声波在材料中传播时的衰减规律，可以通过测量超声波在材料中的传播距离和衰减程度来计算出材料的衰减系数。
三、实验器材1. 超声波测量仪2. 超声波探头3. 不同介质（如水、玻璃、金属等）4. 不同材料（如铝板、钢板等）四、实验步骤1. 超声波在不同介质中传播速度的测量（1）将超声波探头放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在水中传播的时间t1和路径长度L1。
（2）将超声波探头放置于玻璃中，调节超声波测量仪，记录下超声波在玻璃中传播的时间t2和路径长度L2。
（3）将超声波探头放置于金属中，调节超声波测量仪，记录下超声波在金属中传播的时间t3和路径长度L3。
（4）根据上述数据计算出水、玻璃和金属中超声波的传播速度，并进行比较分析。
2. 超声波单程衰减系数的测量（1）将铝板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在铝板中传播的时间t4和路径长度L4。
（2）将钢板放置于水中，调节超声波测量仪，记录下超声波在钢板中传播的时间t5和路径长度L5。
（3）根据上述数据计算出铝板和钢板的超声波单程衰减系数，并进行比较分析。
五、实验结果1. 超声波在不同介质中传播速度的测量结果介质 | 时间t/s | 路径长度L/m | 传播速度v/m·s^-1-|-|-|-水 | 0.0008 | 0.02 | 2500玻璃 | 0.0012 | 0.03 | 2500金属 | 0.0006 | 0.015 | 25002. 超声波单程衰减系数的测量结果材料 | 时间t/s | 路径长度L/m | 衰减系数α/dB·cm^-1-|-|-|-铝板 | 0.0012 | 0.03 | 1.5钢板 | 0.0018 | 0.045|3六、实验分析与结论通过本次实验，我们掌握了超声波测量技术，并了解了超声波在不同介质中传播的特点和规律，以及在材料中传播时的衰减规律。
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
大学物理实验超声波声速的测量(含数据)
一、实验目的
1、测量水中超声波的传播速度；
二、实验器材
2、水槽；
3、测量卡尺。
三、实验原理
超声波声速可以通过测量超声波在介质中传播的时间和距离来确定。
假设超声波在水中的传播速度为v，声波从超声波发射器发出后，在经过水中的传播距离L后，到达超声波接收器所需的时间为t，则有：
v = L/t
四、实验步骤与数据处理
1、将超声波发射器和接收器分别固定在水槽的两侧边缘，距离为L = 100.0 cm。
2、开始实验前，先开启超声波声速测量仪，待其进入正常工作状态后再进行后续步骤。
3、将水箱中的水注满，保证水面平整，不产生涟漪。
4、在超声波声速测量仪屏幕上调节并观察渐进式扫描波形直到找到超声波信号。
然后在屏幕上调节幅度使其在2/3波形范围内。
这个范围内的任何波形变化都可能导致声波时间测量误差。
5、在超声波声速测量仪屏幕上记录观察到的第一个波峰（应为正弦波的正向部分）的位置，这标志着声波的发射时刻。
7、重复实验三次，并将每组实验数据记录在下表中。
实验次数时间t（ms）
1 0.270
2 0.267
3 0.269
8、计算各次实验的平均时间t和超声波速度v：
t = (0.270 ms + 0.267 ms + 0.269 ms) / 3 = 0.269 ms
五、实验结论
本实验测量得到的水中超声波的传播速度为3.72 km/s。
实验结果和实际值（约为1.5 km/s）存在较大的偏差，可能是由于实验误差和水中的水质、温度等因素的影响。
高一物理必修一超声波测速
高一物理必修一超声波测速一、超声波测速原理1. 基本原理- 超声波测速利用了超声波的反射特性。
超声波发射装置向被测物体发射超声波脉冲，超声波遇到物体后反射回来，被接收装置接收。
- 根据超声波往返的时间t以及超声波在介质中的传播速度v_{声}（在空气中，v_{声}近似为一个定值，常温下v_{声} = 340m/s），可以计算出超声波传播的路程s=v_{声}t。
- 由于超声波传播的路程是发射点到被测物体距离的两倍（往返路程），所以被测物体到发射点的距离d=frac{v_{声}t}{2}。
- 当用于测量速度时，如果在很短的时间Δ t内两次测量物体到发射点的距离d_1和d_2，那么物体在Δ t时间内移动的距离Δ d = d_1 - d_2，根据速度的定义v=(Δ d)/(Δ t)就可以求出物体的速度。
2. 相关公式推导示例- 设第一次测量时超声波往返时间为t_1，则物体到发射点的距离d_1=frac{v_{声}t_1}{2}。
- 经过Δ t时间后第二次测量，超声波往返时间为t_2，物体到发射点的距离d_2=frac{v_{声}t_2}{2}。
- 物体移动的距离Δ d=frac{v_{声}t_1}{2}-frac{v_{声}t_2}{2}=frac{v_{声}(t_1 - t_2)}{2}。
- 物体的速度v=(Δ d)/(Δ t)=frac{v_{声}(t_1 - t_2)}{2Δ t}。
二、超声波测速在实际问题中的应用1. 汽车速度测量- 在公路上，交警部门可以利用超声波测速仪来监测汽车是否超速。
- 测速仪安装在路边，向行驶中的汽车发射超声波。
例如，测速仪每隔0.5s进行一次测量。
- 第一次测量时，超声波往返时间t_1 = 0.01s，则汽车到测速仪的距离d_1=(340×0.01)/(2)=1.7m。
- 0.5s后第二次测量，超声波往返时间t_2 = 0.012s，汽车到测速仪的距离d_2=(340×0.012)/(2)=2.04m。
5.超声波传播速度的测量
超声波传播速度的测量一、实验内容1.用相位比较法测量声速；2.用共振干涉法测量声速；3.通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能。
二、实验仪器SVX-5型声速测试仪信号源 SV-DH系列声速测试仪实验装置三、预备知识介绍1.声波频率介于20Hz～20kHz的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于20kHz～500MHz的称为超声波，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，易于定向发射和会聚等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz～60kHz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。
2.压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。
压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。
它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T 时，在极化方向上产生一定的电场强度E 且具有线性关系：Tg E⋅=,即力→电，称为正压电效应；当与极化方向一致的外加电压U 加在压电材料上时，材料的伸缩形变S 与U 之间有简单的线性关系：Ud S ⋅=，即电→力，称为逆压电效应。
其中g 为比例系数，d 为压电常数，与材料的性质有关。
由于E 与T ，S 与U 之间有简单的线性关系，因此我们就可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩，使压电陶瓷片成为超声波的波源。
即压电换能器可以把电能转图2 实验装置1.相位比较法实验装置接线如图2所示，置示波器功能于X －Y 方式。
当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2，合成振动方程为：在发射波和接收波之间产生相位差：见图3长λ图3 合成振动改变S1和S2之间的距离L ，相当于改变了发射波和接收波之间的相位差，荧光屏上的图形也随L 不断变化。
显然，当S1、S2之间距离改变半个波长2/λ=∆L ，则ϕ∆＝π。
2.共振干涉(驻波)法测声速实验装置接线仍如图2所示，使S1发出一平面波。
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超声波在固体中传播速度的测量
在固体中传播的声波是很复杂的，它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等，而且各种声速都与固体棒的形状有关，金属棒一般为各向异性结晶体，沿任何方向可有三种波传播。
【实验目的】
1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。
2、学会用逐差法处理实验数据。
3、熟悉数字示波器等仪器的使用。
【实验原理】
时差法测量原理：
在实际工程中，时差法测量声速得到广泛的应用。
时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T，通过在已知的距离内计测声波传播的时间；从而计算出声波的传播速度，在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波，经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大，滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间，从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法，而由仪器本身来计测，所以其测量精度相对于前面两种方法要高。
同样在液体中传播时，由于只检测首先到达的声波的时间，而与其它回波无关，这样回波的影响比较小，因此测量的结果较为准确，所以工程中往往采用时差法来测量。
连续波经脉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。
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。
图5-5 发射波与接收波
【仪器与器材】
SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品（有机玻璃棒、铝棒等）
【实验内容与步骤】
1、时差法测量超声波在固体中传播速度步骤
图5-6 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图
（1）按图5-6接线，将测试方法设置到脉冲波方式将，接收增益调到适当位置（一般为最大位置），以计时器不跳字为好。
（2）将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上，在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂，再把固体棒放在发射面上，使其紧密接触并对准，然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准，利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。
（3）这时计时器的读数为t
i-1，固体棒的长度为L
i-1。
移开接收换能器，
将另1根固体棒端面上涂上适量的耦合剂，置于下面一根固体棒之上，并保持
良好接触，再放上接收换能器，这时计时器的读数为t
i ，固体棒的长度为L
i。
则声速C
i =（L
i
-L
i-1
）/（t
i
-t
i-1
）。
分别测量超声波在有机玻璃棒、铝棒中的
传播速度，填入表5-3中。
（4）测量超声波在不同固体介质中传播的平均速度时，只要将不同的介质同时置于两换能器之间就可进行测量。
因为固体中声速较高、固体棒的长度有限等原因，测量所得结果仅作参考。
2. 液体介质声速的测量
当使用液体为介质测试声速时，按图6所示进行接线。
将测试架向上小心提起，就可对测试槽中注入液体，以把换能器完全浸没为准，注意液面不要过高，以免溢出。
选择合适的脉冲波强度，即可进行测试，步骤与4相同。
使用时应避免液体接触到其他金属件，以免金属物件被腐蚀。
使用完毕后，用干燥清洁的抹布将测试架及换能器清洁干净。
【注意事项】
1、使用时，应避免声速测试仪信号源的功率输出端短路。
2、严禁将液体（水）滴到数显尺杆和数显表头内，如果不慎将液体（水）滴
到数显尺杆和数显表头上，请用60℃以下的温度将其烘干，即可使用。
3、数显尺用后应关闭电源。
【数据处理】
1、列表记录用时差法测量有机棒及金属棒的实验数据。
（1）三根相同长度和材质的待测棒，利用叠加获得不同的长度。
（2）每个长度所测得相对应的时间。
（3）求出相应的差值，然后计算出声速，并与理论声速传播测量参数进行比较，并计算百分误差。
2、固体中的纵波声速：
铝：C棒=5150m/s， C块=6300m/s
铜：C棒=3700m/s， C块=5000m/s
钢：C棒=5050m/s， C块=6100m/s
玻璃：C棒=5200m/s， C块=5600m/s
有机玻璃：C棒=1500～2200m/s，C块=2000～2600m/s 注：以上数据仅供参考。
由于介质的成分和温度的不同，实际测得的声速范围可能会较大。
【思考题】
1、声速测量中共振干涉法、相位法、时差法有何异同？
2、声音在不同介质中传播有何区别？声速为什么会不同？。