声速的测量
实验报告——声速的测量
声速测量------------------------------------------------------------------------------------------一、【实验名称】声速的测量二、【实验目的】1.了解超声波产生和接收的原理，加深对相位概念的理解。
2.学会测量空气中的声速。
3.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量之间的关系。
4.学会用逐差法处理实验数据。
三、【实验仪器】示波器、信号发生器和声速仪四、【实验原理】由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v＝λf，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。
剩下的就是测量声速的波长，这就是本实验的主要任务。
下面介绍两种常用的实验室测量空气中声波波长的方法。
1.相位比较法实验接线如上图所示。
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。
在声波传播方向上，所有质点的振动相位逐一落后，各点的振动相位又随时间变化。
声波波源和接收点存在着相位差，而这相位差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的相位关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形来观察。
示波器相位差φ和角频率ω、传播时间t 之间有如下关系：φ=ω·t ω=2π/T t=l/v λ=Tv代入上式得：φ=2πl/λ当l=nλ/2(n=1,2,3,……）时，可得Φ=nπ由上式可知：当接收点和波源的距离变化等于一个波长时，则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期（即Φ＝2π）。
实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。
当相位差改变π时，相应距离l的改变量即为半个波长。
2.驻波法如上图所示，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。
测量声速的方法及原理
测量声速的两种比较常用的方法及其原理：
直接法：直接法是通过测量声波在空气中传播的时间和距离来计算声速。
在实验中，通常使用一个特制的装置，通过发射声波和接收声波的方式测量声波在空气中的传播时间和距离。
具体的操作流程如下：
（1）发射声波，然后开始计时。
（2）当声波到达接收器时，停止计时。
（3）记录声波的传播距离和时间。
（4）根据公式v=d/t 计算声速，其中v 为声速，d 为声波传播距离，t 为声波传播时间。
共振法：共振法是利用管道或者容器的谐振特性来测量声速。
在实验中，使用一个特制的装置，通过调整管道或容器的长度和调整共振频率来测量声速。
具体的操作流程如下：
（1）在一个固定的频率下，调整管道或容器的长度，使得共振现象出现。
（2）测量共振频率，记录管道或容器的长度。
（3）根据公式v=fλ计算声速，其中v 为声速，f 为共振频率，λ为共振波长。
这两种方法测量声速的原理都是基于声波在介质中传播的速度和特性来实现的。
声波在空气中传播的速度取决于空气温度、压力和湿度等因素，因此在实验中，需要考虑这些因素的影响并进行校正，以确保测量结果的准确性。
简述测定声速的步骤
简述测定声速的步骤
测定声速的步骤可以概括为以下几个:
1. 准备仪器和材料：根据需要选择合适的声速测定仪器和材料，例如共振干涉法测波长、超声波发射器、水缸等。
2. 调节仪器：根据测量要求，调节好仪器的参数和工作状态，例如示波器、超声波频率等。
3. 确定波长：使用共振干涉法测波长仪器，通过调节谐振频率，使仪器发出较强的超声波，然后测量超声波传播的距离，计算出波长。
4. 测量声速：根据波长和声速的关系，测量出空气中的声速或水中的声速，一般采用同时放光 (或烟雾) 和声音的方法。
5. 数据处理：将测量得到的声速值进行处理和计算，得到准确的声速值。
需要注意的是，声速的测量需要选择合适的仪器和方法，并严格按照实验要求进行操作，以保证测量结果的准确性和可靠性。
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用哪几种方法
测量声速可以采用以下几种方法：
1. 直接测量法：通过在已知距离上进行声波传播的时间测量来计算声速。
这可以通过发送一个声波脉冲，并使用计时器来测量声波传播的时间来实现。
2. 声波干涉法：利用声波传播时产生的干涉现象来测量声速。
这可以通过发送两个或多个声波脉冲，观察干涉图案并测量干涉条纹的移动速度来实现。
3. 声波共振法：利用共振现象来测量声速。
这可以通过在管道内产生声波，并调节频率直到管道共振的状态，然后测量共振频率来实现。
4. 超声波测量法：利用超声波在介质中传播的特性来测量声速。
这可以通过发送超声波脉冲，并测量其在介质中传播的时间来实现。
5. 光学测量法：采用光学技术测量介质中声波传播的速度。
这可以通过使用激光干涉仪或其他光学仪器来实现。
总的来说，不同的测量方法适用于不同的场景和需求。
选用合适的方法可以提高测量的准确性和可靠性。
声速的测量
示波器
Zky－ss声速测定实验仪
配套的声速测定装置
实验步骤
步骤一：共振干涉法测声速
❖ 按图接线（检查接线），调节仪器，使示波 器显示接收信号电压的波形;
❖ 测定压电陶瓷换能器系统谐振频率f; ❖ 测定波长.
仪器连接及调节
பைடு நூலகம் CH1
CH2
首先显示欢迎界面，自动进入按键说明界面，按确认键进 入模式选择界面，选择正弦波模式按确认进入实验测量界面。
而且由于实际测量中大部分情况动子的定位精 度并不高因此计算λ不确定度的时候B类分量 通常可以略去。
因时间有限，处理数据时不考虑不确定度， 不过要计算出声速值。
其他注意事项
❖本实验如果两个人合作，必须把同组者名字写上。 ❖完成实验后仪器保留在最后一个数据读数时的位置， 以便检查，检查过后才能关闭电源。
声速测量
本实验用压电陶瓷实现声－电转化来测定声速。
实验原理
❖ 在波动过程中，声波的传播速度v与声波频率f和波 长λ之间的关系为v=fλ。所以只要测出声波的频率和 波长，就可以求出声速。其中声波频率可由产生声 波的信号发生器的频率读出，波长则可用共振干涉 法和相位比较法进行测量。
连接及原理图
实验仪器
测定谐振频率
❖ 移动两换能器距离到大于5cm处，调节频率旋钮， 使频率在35正负3Khz内变化，观察示波器接收波 电压幅度变化，找出电压幅度最大时对应的频率。
❖ 调节换能器距离，使接收幅度最大，再细调频率， 记录数值。
❖ 改变换能器距离，多次测量求平均值。
在实验中有可能出现波形失真
❖ 如果是zky－ss可以减 少发射和接收增益使波 形回复正弦波。
可以看见LCD显示屏上 有三行内容。
测量声速用什么方法
测量声速用什么方法
测量声速的常用方法包括：
1. 时间差法：通过测量声波在两个不同位置之间传播的时间差来计算声速。
在实际测量中，可以通过发射一个短声波脉冲，然后在接收到回声信号时计时，从而测得声波在空间中的传播时间。
2. 重叠法：利用两个或多个声源在同一时刻发出声波，并在另一位置同时接收到这些声波，通过测量声波在空间中的传播距离以及时间差，来计算声速。
3. 多普勒效应法：利用多普勒效应，即声源和接收器之间的相对运动引起的频率变化，来测量声速。
通过测量声波频率的变化，可以计算出声速。
4. 共振法：通过声波在介质中的传播速度与介质本身的声速之间的关系，来测量声速。
具体方法包括毕奥-萨伊法、共振腔法等。
5. 插播法：在声速已知的介质中插播一定长度的空气柱，通过测量声波在空气柱中的传播时间和空气柱长度，来计算出声速。
不同的测量方法适用于不同的场景和要求，可以选择合适的方法来进行声速的测量。
大物实验报告声速的测定
大物实验报告声速的测定篇一：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(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：vf(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， (3)2λ时，S1发出的声波与其反射声波的相位在S1处差2nπ(n=1，2 ……)，因此形成共振。
因为接收器S2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λ/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(1)求得声速。
简述测定声速的步骤
简述测定声速的步骤
测定声速是一种常见的物理实验，可用于研究声波在不同介质中的传播特性。
测定声速的步骤如下：
1. 实验准备：首先，需要准备一个声音源，如扬声器或发声器。
然后，选择一个测量声音传播距离的装置，如直尺或测距仪。
最后，选择一个计时设备，如秒表或计算机程序。
2. 设置实验装置：将声音源放置在一个开放的区域中，远离任何会产生噪音的物体。
确保声音源与测量装置之间没有任何障碍物。
3. 测量传播距离：将测量装置放置在声音源的近旁，然后测量声音传播到测量装置的距离。
确保准确测量声音传播距离的方法，以获得准确的结果。
4. 发出声音：打开声音源，使其发出声音。
确保声音源产生的声音稳定且具有一定的频率。
此时，声音波将从声音源传播到测量装置。
5. 计时：开始计时器，并在声音波到达测量装置时停止计时。
记录计时器的时间。
重复这个步骤多次，以获得更准确的结果。
6. 计算声速：根据已知的传播距离和测得的时间，计算声音的传播
速度。
声速（v）可以通过公式 v = d/t 来计算，其中d是传播距离，t是声音传播所用的时间。
拓展：在实际测量中，还需要考虑一些误差因素，如温度、湿度、空气压力等。
这些因素会对声波的传播速度产生影响。
因此，在进行测定声速的实验时，需要确保环境条件的稳定，并进行适当的校正和修正，以提高测量结果的准确性。
此外，声速的测量也可以应用于其他领域，如地震学、材料科学等，以研究不同介质中声波的传播特性。
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姓名：姚家村；学号：5120180426；班级：软件1803；教师________；信箱号：______预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节；座位号：_______预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称：声速的测量二、实验目的1.掌握驻波法和相位比较法及时差法测量声速的原理。
2.了解压电换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
3.加深对驻波及振动合成理论的理解。
三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)声速的测量方法：1.根据波动理论，测量声波频率和波长得到声速u。
，在该式子中，频率由声速测试仪的信号源频率显示窗口直接得出，而波长可以跟用共振干涉法即驻波法和相位比较法来测量。
（1）共振干涉法：s1和s2为压电陶瓷换能器，S1作为声波发射器，S2作为声波接收器，信号源提供数万频率的交流电信号给S1声波发射器，S2收到后转换为电信号，输入示波器，，可以看到一组声压信号产生的正旋波形。
根据波的干涉理论可以知道：任何两相邻的振幅最大值的位置之间或者两相邻的振幅最小值的位置之间，距离均为，要测量波长，在观察示波器上波形幅值的同时，缓慢的改变发射器S1与S2之间的位置距离，这样在示波器上就可以看到波形幅值不断地由最大变道最小在变到最大，两个相邻的最大振幅之间所对应的接收器S2移动过的距离为，超声换能器S2和S1之间的距离可以通过转动鼓轮实现变化。
连续多次测量相隔半波长的S2的位置变化以及声波频率f之后，运用数据的出声速，这里要使用逐差法处理测量的数据。
（2）相位比较法：声波发射器S1发出的超声波通过介质传到S2，在S1,S2之间的相位差为当，L每改变一个波长，相位差之间的变化，通过观察相位差的变化，就可以得出，得出声速。
的测定一般是用相互垂直的两个振动的合成的李萨如图形来进行。
发射器S1的信号输入为X轴，接收器S2的信号输入为Y轴，一般选择右斜线作为测量起点，移动S2的时候注意当L变换一个波长时，会出现相同斜率的直线，可以得出声波的波长。
2.运动学理论测量声速发射器发射声波至被测介质中，声波此时在介质中传播，经过t时间后，到达接收器，发射器与接收器之间的距离为L，那么由于运动学公式我们可以得出，声波在介质中的传播速度为，表示声波速度，表示距离，表示时间。
四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）1.调整仪器是系统处于最佳的工作状态仪器在使用之前要先开机预热15分钟。
测量装置连接正确，声波发射器正确连接用于输出一定频率的功率信号，接收器正确连接到示波器上的CH2通道，并且将示波器的通道开关调整到CH2通道。
2.用驻波法（共振干涉法）测量波长和声速。
想要得到清晰的接受波形，需要将外加的驱动信号频率调节到换能器S1，S2的谐振频率附近，发生共振，这样声能和电能之间的相互转换才能有更好的效果，对实验结果有更好的帮助。
测量波长的时候选择合适的发射强度，选好谐振频率，转动距离调节鼓轮，波形会发生变化，记录下幅度为最大时的坐标Li。
再向前或者向后移动坐标，当接受波经过变小后在变到最大时，记录下此时的坐标Li+1，就可以得到声波波长，用逐差法处理数据。
3.用相位比较法测波长和声速。
正确连接好电路，同样选择合适的发射强度，测出共振频率后，将示波器X-Y方式或示波器扫描旋钮关闭，选择合适的示波器通道档，示波器出现李萨如图形，转动鼓轮，移动S2的距离，图形发生变化，当图形变为一条斜线是，记录下此时的坐标Li，再向前或者向后移动距离，再次变成一条斜线，这时接受波的相位差为记录下此时的而坐标Li+1，可以得出声波波长，多次测定，逐差法处理数据。
注意：确保换能器S1和S2的端面的平行。
信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率保持一致。
五、数据记录1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）主要有仪器有：示波器，信号发生器，声速仪2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）表1. 共振干涉法数据表格测量顺序点测量点坐标1 2.442 7.193 12.074 16.975 21.836 26.677 31.508 36.409 41.2210 46.08表2. 相位比较法数据表格（f = kHz, 室温t = 25℃）测量顺序点测量点坐标1 4.802 14.503 24.124 33.905 43.546 53.207 62.908 72.569 82.3010 92.00六、实验数据整理及数据处理（★需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。
要求表格清晰完整，有效数字位数正确，符号、单位清楚，写出必要的过程，运算过程规范，结果表达式正确）共振干涉法数据表格f=35KHz测量顺序点测量点坐标I/mm λ=2/5|I（i）-I（i+5）|1 2.44 9.692 0.0000236 26.672 7.19 9.724 0.0001257 31.503 12.07 9.732 0.0001258 36.404 16.97 9.7 0.0001639 41.225 21.83 9.7 0.00002310 46.089.710 0.00046波长的平均值相位比较法数据表格测量顺序点测量点坐标I/mm λ=2/5|I（i）-I（i+5）|1 4.80 9.68 0.0000166 53.202 14.50 9.68 0.0000167 62.903 24.12 9.688 0.0000168 72.564 33.90 9.68 0.0000169 82.305 43.54 9.692 0.00006410 92.00波长λ的平均值9.684 0.000128(1)由（=273.15K, T=t+, = 331.45m/s), 计算在该室温下超声波在空气中传播速度的公认值：= ____346.285m/s______.（公认25摄氏度下声音在空气中的速度为346m/s ）(2) 计算共振干涉法测量超声波在空气中的传播速度= _____339.85m/s___，并将与比较求相对误差 = ____1.85%________.(3) 计算用相位比较法测出超声波在空气中的传播速度= 338.94m/s____，并将与比较求相对误差 = _2.12%_____.(4) 评定标准不确定度 (用共振干涉法、相位比较法分别进行下面的计算).波长的=0.01mm 频率的=1Hz共振干涉法 相位比较法521:()/5(51)i i S λλλλ==-⨯-=∑0.0077_。
521:()/5(51)ii S λλλλ==-⨯-=∑_0.0025__。
/3u λ=∆=仪_____0.0057____。
/3u λ=∆=仪__0.0057_______。
22S u λλλσ=+=__0.0095___。
22S u λλλσ=+=_____0.0061____。
:0f f S =:0f f S =/3f u =∆=仪_____0.57____。
/3f u =∆=仪___0.57______。
/3f f u σ==∆=仪___0.57______。
/3f f u σ==∆=仪_0.57___。
22:/f r v v E v f λσσσλ⎛⎫⎛⎫==+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭共=1.6%22:/f r v v E v f λσσσλ⎛⎫⎛⎫==+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭共=1.6%v r v E σ=⋅=共_____5.4376____。
v r v E σ=⋅=位_5.4230____。
v v σ±=共测量结果：__334.4124-345.2876__。
v v σ±=位测量结果：__332.917-344.363__。
七、分析讨论: ①回答教材课后思考题 ②实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？③实验后对实验原理和方法的新认识 ④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 ⑤实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 ⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。
①回答教材课后思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。
是否可行？答：可行，确定距离，改变频率，记录使得波形最大使得一组频率数据，根据波长与频率的关系，亦可求得声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？答：不相同。
气体类型不同，气体密度与分子量也不一定相同，故声速不同。
②实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？ 示波器的操作上还不太会，看到实验指导后得以解决③实验后对实验原理和方法的新认识共振干涉和相位法本质一样，都是利用周2113期性信号相位关系来测量。
不同之处是：共振干涉是调节频率，找出共振频5261率，然后计算声速。
④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 暂无⑤实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 利用尖锐声脉冲信号的传播,直接用公式测出声音在空气中的传播速度⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。
暂无。