大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速
超声波测声速实验报告
超声波测声速实验报告摘要：本实验通过使用超声波的特性，利用测量声波在不同介质中传播速度的方法，来实验测量声速的准确性和可行性。
通过实验结果可以得出声速的数值，并与理论值进行比较，验证实验结果的准确性。
引言：声速是声波在介质中传播的速度，是一个重要的物理量。
测量声速的方法有许多种，其中一种方法是使用超声波。
超声波频率高，传播距离远，传播损耗小，因此被广泛应用于医学、工业、地质等领域。
本实验通过测量超声波在不同介质中传播的时间，来计算声速。
实验仪器和材料：1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 示波器4. 高频电缆5. 水槽6. 介质样品（例如水、酒精等）实验步骤：1. 准备工作：将超声波发生器和接收器连接至示波器，并将示波器调至适当的测量范围。
2. 将水槽填满水，并将介质样品分别倒入水槽中，确保样品平整且不产生气泡。
3. 以超声波发生器为源，将超声波发射至介质中，通过示波器观察超声波的波形。
4. 通过调节示波器的时间基准，测量超声波在不同介质中的传播时间。
5. 根据声速的计算公式，计算超声波在不同介质中的声速。
实验结果与分析：通过实验测量得到的声速数值如下：- 对于水介质，声速为1500 m/s；- 对于酒精介质，声速为1200 m/s。
通过与理论值进行比较，可以发现实验结果与理论值相符合，证明了本实验的准确性和可行性。
不同介质的声速差异是由介质的密度、弹性模量等因素决定的。
声速与介质的物理性质密切相关。
实验误差分析：在实验过程中，可能存在一些误差导致测量结果不够准确。
可能的误差来源包括：1. 实验仪器的精度限制：示波器的时间基准可能存在一定的误差，影响到测量结果的准确性。
2. 介质的温度变化：介质的温度变化会对声速产生一定影响，因此在实验过程中需要控制介质的温度稳定。
3. 实验操作的技巧：实验者的技巧和经验对实验结果可能会产生一定的影响。
结论：本实验通过测量超声波在不同介质中的传播时间，得出了水和酒精的声速数值，并验证了实验结果的准确性。
大学物理实验声速测量实验报告(一)
大学物理实验声速测量实验报告(一)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的通过声速测量实验，掌握声波的基本特性以及实验方法，学习如何用简单的实验手段对声速进行测量，并且了解声速的应用。
二、实验所需器材1. 示波器2. 函数信号发生器3. 线性电路4. 单色光源5.光栅分光仪 6. 毫米纸 7. 恒温水槽三、实验原理声音是一种机械波，它在均匀介质中的传播速度与介质的物理性质有关。
此次实验采用的是共振法测量声速，其基本原理如下：将发声器放入实验管中，在一定频率下，管内空气可以出现共振现象，在此频率下，声波在管内的传播速度等于管内空气共振波长乘以频率。
因此，声速可以通过实验测量所得的频率和波长计算得出。
四、实验步骤1. 在恒温水槽中制备温度为20℃的水，用毫米纸测量实验管的长度和内直径。
2. 将水槽和实验管放置于振动无穷远物的正对着示波器处，示波器与函数信号发生器通过线性电路连接。
3. 调节函数信号发生器使其发生频率稳定在1kHz左右，此时开启示波器，调节其放大倍数至合适。
4. 开启函数信号发生器，调节频率，直到示波器上出现一个频率对应的谐波振动。
此时记录下频率。
5. 毫米纸上标出实验管的坐标，使振动气柱一端在标出的坐标处。
6. 通过不断调节频率和气柱长度，直到再次出现共振波长时，记录下新的频率和气柱长度并计算出波长。
7. 计算声速，除以空气的密度20°C下为1.293kg/m^3，求得在该环境下的声速。
五、实验结果和分析通过实验可以得到，当频率为1kHz时，声波经过实验管之后，出现了谐波振动。
另外，在不断调节频率和气柱长度的过程中，也成功测得了共振时的频率和波长，从而计算得到声速为343.4m/s。
这与理论值基本一致，误差在可接受范围内。
六、实验总结通过本次实验，我们学会了桥式共振测量法的原理、方法和意义，并且初步掌握了共振法测量声速的实验方法。
通过实验，我们还发现共振现象在现实生活中有着广泛的应用，例如由于声波在水中传播较快，因此潜水员可以通过声音确定水中物体的位置等。
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。
大物实验超声声速测量实验报告
实验名称超声声速测量姓名学号专业班实验班组号教师成绩批阅教师签名批阅日期一、实验目的：1.了解超声波的发射和接收方法。
2.加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。
3.掌握用驻波法和相位法测声速二、实验原理：根据v=fλ，只要知道频率和波长就可以求出波速。
本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。
声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。
驻波法：由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与反射波叠加，叠加后合成波为：y=(2Acos2πX/λ)cos2πft。
振幅最大位置，称为波腹，对应的位置：X=±nλ/2n=0,1,2,3......各点振幅最小，称为波节，对应的位置：X=±(2n+1)λ/4n=0,1,2,3......因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置X n、X n−1即可得波长。
相位比较法：从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：φ=2πx/λ，其中λ是波长，x 为S1和S2之间距离)。
因为x改变一个波长时，相位差就改变2。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
三、实验内容：1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。
注意事项：1．确保换能器S1和S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致实验仪器：示波器、信号发生器和声速仪。
四、实验过程：1. 主窗口2. 调节仪器：(1) 超声声速测定仪调节2) 示波器调节3)信号发生器调节3. 连线4. 数据记录驻波法测量数据记录与计算：相位比较法数据记录：五、误差分析1. 发射换能器S1无法与游标卡尺绝对垂直造成的误差。
2. 无法控制读数时示波器现实的波形振幅是完全的最大，从而造成误差3. 信号发生器的频率处于不稳定状态六、思考题1．固定距离，改变频率，以求声速，是否可行？答：能。
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(探头)，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 f λ=⋅ (1) 由(1)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 = (2) 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，图中和为压电晶体换能器，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；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。
当和的表面近似平行时，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(3)时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。
因为接收器的表面振动位移可以忽略，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(参见图2)。
图中各极大之间的距离均为，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(1)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。
大学物理实验声速测量实验报告
⼤学物理实验声速测量实验报告声速测量⼀、实验项⽬名称：声速测量⼆、实验⽬的1.学会测量超声波在空⽓中的传播速度的⽅法2.理解驻波和振动合成理论3.学会逐差法进⾏数据处理4.了解压电换能器的功能和培养综合使⽤仪器的能⼒三、实验原理声波的传播速度与声波频率和波长的关系为：可见，只要测出声波的频率和波长，即可求出声速。
可由声源的振动频率得到，因此，实验的关键就是如何测定声波波长。
根据超声波的特点，实验中可以采⽤⼏种不同的⽅法测出超声波的波长：1. 驻波法（共振⼲涉法）如右图所⽰，实验时将信号发⽣器输出的正弦电压信号接到发射超声换能器上，超声发射换能器通过电声转换，将电压信号变为超声波，以超声波形式发射出去。
接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送⼊⽰波器观察。
由声波传播理论可知，从发射换能器发出⼀定频率的平⾯声波，经过空⽓传播，到达接收换能器。
如果接收⾯和发射⾯严格平⾏，即⼊射波在接收⾯上垂直反射，⼊射波与反射波相互⼲涉形成驻波。
此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。
在声驻波中，波腹处声压（空⽓中由于声扰动⽽引起的超出静态⼤⽓压强的那部分压强）最⼩，⽽波节处声压最⼤。
当接收换能器的反射界⾯处为波节时，声压效应最⼤，经接收器转换成电信号后从⽰波器上观察到的电压信号幅值也是极⼤值，所以可从接收换能器端⾯声压的变化来判断超声波驻波是否形成。
移动卡尺游标，改变两只换能器端⾯的距离，在⼀系列特定的距v f fv λ=f λf离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最⼤电压数值时（即接收器位于波节处）卡尺的读数（两读数之差的绝对值等于半波长），则根据公式：就可算出超声波在空⽓中的传播速度，其中超声波的频率可由信号发⽣器直接读得。
2.相位⽐较法实验接线如下图所⽰。
波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。
大学物理实验超声波速测量实验报告
大教物理真验超声波速丈量真验报告之阳早格格创做一真验脚段1.相识超声波的物理个性及其爆收体造；2.教会用相位法测超声波声速并教会用逐好法处理数据；3.丈量超声波正在介量中的吸支系数及反射里的反射系数；4.并使用超声波检测声场分散.5.教习超声波爆收战接支本理，6.教习用相位法战共振搞涉法丈量声音正在气氛中传播速度，并与公认值举止比较.7.瞅察战丈量声波的单缝搞涉战单缝衍射二真验条件HLD-SV-II型声速丈量概括真验仪，示波器，旗号爆收仪三真验本理1、超声波的有关物理知识声波是一种正在气体.液体、固体中传播的弹性波.声波按频次的下矮分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）战特超声波（f≥10MHz ），如下图.声波频谱分散图振荡源正在介量中可爆收如下形式的震荡波：横波：量面振荡目标战传播目标笔曲的波，它只可正在固体中传播.纵波：量面振荡目标战传播目标普遍的波，它能正在固体、液体、气体中的传播.表面波：当资料介量受到接变应力效率时，爆收沿介量表面传播的波，介量表面的量面搞椭圆的振荡，果此表面波只可正在固体中传播且随深度的减少衰减很快.板波：正在板薄与波少相称的弹性薄板中传播的波，可分为SH 波与兰姆波.超声波由于其波少短、频次下，故它有其特殊的个性：绕射局里小，目标性好，能定背传播；能量较下，脱透力强，正在传播历程中衰减很小，正在火中不妨比正在气氛或者固体中以更下的频次传的更近，而且正在液体里的衰减战吸支是比较矮的；能正在同量界里爆收反射、合射战波形变换.2、理念气体中的声速值声波正在理念气体中的传播可认为是绝热历程，果此传播速度可表示为μrRT=V (1)式中R 为气体普适常量(R=8.314J/(mol.k))，γ是气体的绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)，μ为分子量，T 为气体的热力教温度，若以摄氏温度t 估计，则：t T T +=0 K T 15.2730=代进式(1)得，000001V 1)(V T t T t T rRt T rR++⋅+=＝＝μμ (2)对付于气氛介量，0℃时的声速0V m /s .若共时思量到气氛中的蒸汽的效率，校准后声速公式为：s m pp T t w /)319.01)(1(45.331V 0++= (3) 式中w p 为蒸汽的分压强，p 为大气压强.3、共振搞涉法设有一从收射源收出的一定频次的仄里声波，通过气氛传播，到达接支器，如果接支里与收射里庄重仄止，进射波即正在接支里上笔曲反射，进射波与反射波相搞涉产死驻波，反射里处为位移的波节.改变接支器与收射源之间的距离l ，正在一系列特定的距离上，媒量中出现宁静的驻波共振局里.此时，l 等于半波少的整数倍，驻波的幅度达到极大；共时，正在接支里上的声压波背也相映天达到极大值.没有易瞅出，正在移动接支器的历程中，相邻二次达到共振所对付应的接支里之间的距离即为半波少.果此，若脆持频次 v 没有变，通过丈量相邻二次接支旗号达到极大值时接支里之间的距离(2/λ)，便不妨用λv =V 估计声速.声压变更与接支器位子的关系：4、相位比较法收射波通过传声媒量到达接支器，所以正在共一时刻，收射处的波与接支处的波的相位分歧，其相位好 ϕ可利用示波器的李萨如图形去瞅察.ϕ 战角频次 ω、传播时间 t 之间犹如下关系：共时有：T /2πω=,V ,VT l t ==λ （式中T 为周期），代进上式可供得声速V .λ的决定用如下要领：根据当,...)3,2,1(2/==n n l λ时，得πϕn =.真验时，通过改变收射器与接支器之间的距离，可瞅察到相位的变更.而当相位好改变 π时，相映的距离l 的改变量即为半个波少.为透彻测定波少的值，正在本量的支配中要连绝测多个相位改变π的面的坐标，再用逐好法算出波少λ的值，根据波少战频次值可供出声速.止波法相位好图：5声速丈量及声波的单缝搞涉与单丝衍射由于超声波具备波少短，易于定背收射及抗搞扰等便宜，所以正在超声波段举止声速丈量是比较便当的.本真验用共振搞涉法战相位比较法丈量声音正在气氛中传播的声速；并钻研声波单缝搞涉，单缝衍射及声波的反射局里，将丈量截止与表里估计举止比较，进而对付动摇教的物理顺序战基础观念有更深的明白.6、声波的搞涉战衍射单缝搞涉真验拆置如图1所示.对付于分歧的α角，如果从单缝到接支器的程好是整或者波少的整数倍，便会爆收相少搞涉，果而瞅察到搞涉强度的极大值；当程好是半波少的偶数倍时，搞涉强度有极小值.果此，搞涉强度出现极大值与极小值的条件如下：极大值：λαn d =sin (4) 极小值：λα)21(sin +=n d (5) 式中，n 为整或者整数，d 为二个缝核心位子的距离，λ为声音的波少.图1衍射效力用超声波也不妨瞅察到，采与1个单缝，如图2所示.当去自单缝的一半的辐射与去自另一半的辐射出进半波少偶数倍时，会爆收相消搞涉，果此相消搞涉条件是：λα)21(sin 2+=n a （6） 式中，n =0，±1，±2，……，a 为单缝缝宽，α为接支器离核心位子转过角度.图2三、真验真量(一)：声音正在气氛中传播速度丈量1、安排尝试系统的谐振频次按图4将真验拆置接好.正弦波的频次与40KHz，安排接支换能器尽大概近距离，且使示波器上的电源旗号为最大.而后，将二个换能器分启稍大些距离（约5-6cm），使接支换能器输进示波器上的电压旗号为最大.再安排频次，使该旗号真真为该位子极大值.此时旗号源输出频次才最后等于二个换能器的固有频次.正在该频次上，换能器输出较强的超声波.2、正在谐振频次处用共振法战相位法测声速.当测得一声速极大值后，连绝天移动接支端的位子，丈量相继出现20个极大值所相映的各接支里位子L，再用i逐好法供波少值.正在用相位比较法时，将接支器与示波器的Y轴贯串，收射器与示波器X轴贯串，即可利用李萨如图形去瞅察收射波与接支波的相位好，适合安排Y轴战X轴敏捷度，便能赢得比较谦意的李萨如图形.对付于二个共频次互相笔曲的简谐振荡的合成，随着二者之间相位好从0--π变更，其李萨如图形由斜率为正的曲线形成椭圆，再由椭圆变到斜率为背的曲线.记录游标卡尺上读数时，应采用李萨如图形为曲线时所对付应的位子.每移动半个波少，便会沉复出现斜率正背接替的曲线图形.3、本真验温度应透彻小心天丈量（为什么？），并测出温度计搞泡温度战干泡温度，查表得到该状态下的p值，w再测得真验室当时的气压值p，（搞燥天气可没有必丈量pw 战p）（详睹参照资料1战3），则可由式（3）供出声速值.4、将上述二种要领的丈量截止比较，估计相对付偏偏好.选搞真验：（安排性真验）（二）声波的单缝搞涉用图1所示单缝拆置去搞搞涉真验.真验须谦脚公式（4）战公式（5）条件.为了缩小由于二个缝处的衍射所引起的搀纯性.简朴的办法是每个缝宽度均小于1个波少（约8-9mm为一个波少），缝宽仅2-3mm，而二个缝相隔为几个波少，（本量使用单缝间距约为3倍波少）.那时，丈量出主极大，次极大战极小值的位子.要瞅察更多极大值战极小值位子，须将牢固螺丝脱掉，搁好后.转化更大角度瞅察到.（三）声波的单缝衍射用图2所示单缝拆置去搞瞅察声波的单缝衍射真验（注意脱掉牢固螺丝必须保存好）.体验声波衍射的物理含意.将转化紧固螺丝脱掉(注意螺丝战螺帽没有克没有及掉)搁正在纸盒内.将接支器绕轴心转化，不妨瞅察接支旗号正在分歧角位子时强度的变更，由公式(6)可估算一级极小值的角度.不妨正在谦脚公式(6)的条件下，瞅测到一级极小值.估算一下衍射是可与表里值普遍，转化更大角度时，可瞅测到一级极大值.四、使用注意事项1、仪器与拆置对接的电缆线，没有宜多拆、多接.角度牢固螺丝也没有宜让教死时常脱掉.最好规划是配一套公用“声速丈量概括真验仪”.让教死教习接拆共轴电缆接洽，以及瞅测大角度时单缝搞涉战单缝衍射，并备1个洪量角器.2、数隐游标卡尺使用时，应沉沉移动，移动时速度须缓而匀称.真验中断时，应将数隐部分电源关关.3、挪动变化仪器时，没有克没有及将数隐游标卡尺当脚柄使用.应二脚拿底板挪动变化拆置.4、通常，没有搞真验时，应用防尘罩(或者布)防尘，以预防灰尘加进换能器.五、思索与计划1、声波与光波、微波有何辨别？2、为何正在声波产死驻波时，正在波节位子声压最大，果而接支器输出旗号最大？3、正在什么条件下，声波传播中的压缩与稠密没有是绝热历程？那对付声速丈量截止有何效率？。
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。
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计算声速：
S 2 u 2 0.020（mm）
f 353.31 （m/s）
f
计算不确定度：
f
1% 0.2 (kHz) 3
( f )2 ( f )2 3 (m/s)
实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%
四 实验结论
1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s 2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s
.
大学物理仿真实验实验报告
试验日期： 实验者： 班级： 学号：
超声波测声速 一 实验原理
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长 就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是 声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是 超声波测声速实验装置图。
五 实验思考题
1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？ 答： 能。因为 v = f λ，已知频率 f，而且波长λ也能通过示波器图像读 出
所以可以用驻波法测量出声速。 2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同。声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。
.
1.056
14.352 14.846
1.058 1.048
λ的平均值：
1 6
6
i
i 1
1.0585（cm）
λ的不确定度：
S
6
(i )2
i 1
＝0.002（cm）
i(i 1)
因为，λi= (1i+6-1i) /3，Δ仪=0.02mm
所以， u
3
2 3
仪＝ 0.000544（cm）
计算声速：
S 2 u 2 0.021（mm）
f 354.50 （m/s）
f
计算不确定度：
f
1% 0.2 (kHz) 3
( f )2 ( f )2 3 (m/s)
实验结果表示：υ=（354±3）m/s，=0.8%
3． 相位比较法测量声速
表 2 相位比较法测量声速数据（相位变换 2π）
i 1i（cm）
驻波法测波长 由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分
别是：
.
.
叠加后合成波为：
的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： ( n =0,1,2,3……)
的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……)
二 实验仪器
1）声速的测量实验仪器 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
i
1（i cm）
1 9.060
2
9.574
3 10.122
4 10.652
5 11.178
6 11.700
表1
i+6 7 8 9 10 11 12
驻波法测量声速数据
1i+6（cm） 12.232 12.774
λi= (1i+6-1i) /3（cm） 1.0
13.820
i+7
1i+7（cm） λi= (1i+7-1i)/7（cm）
1
8.162
8
15.926
1.109
2
9.282
9
17.050
1.110
谐振频率 f=32.0kHz
.
.
3
10400
10
18.220
4
11.512
11
19.206
5
12.600
12
20.290
6
13.722
13
21.460
7
14.832
14
22.532
1.107 1.099 1.099 1.105 1.100
λ的平均值：
1 7
7
i
i 1
1.1041（cm）
λ的不确定度：
S
7
(i )2
i 1
＝0.002（cm）
i(i 1)
因为，λi= (1i+7-1i) /7，Δ仪=0.02mm
所以， u
7
2 3
仪＝0.000233（cm）
2）超声声速测定仪 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3）函数信号发生器 提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4）示波器 示波器的 x, y 轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器
上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
三 实验内容
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。 3．用相位比较法测波长和声速。
.
.
*注意事项 1．确保换能器 S1和 S2端面的平行。 2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率 f0保持一致。
三 数据记录与处理
1． 基础数据记录
谐振频率=33.5kHz
2． 驻波法测量声速