超声波测声速汇总
实验24超声波声速的测量
实验24 超声波声速的测量[实验目的]1．学习用共振干涉法和相位比较法测量超声波的波速。
2．加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。
3．了解压电陶瓷换能器的工作原理。
4．培养综合运用仪器的能力。
[实验原理]本实验中，声波频率f 可由信号发生器直接读出，我们只要测出声波波长λ ，就可以由公式ν = f λ 可求出声速ν 。
测量λ 的常用方法有共振干涉法和相位比较法。
一、共振干涉法（驻波法）实验装置如图24-1所示，S 1 和S 2 是两只相同的压电陶瓷超声换能器。
将正弦电压信号接入换能器S 1 ，S 1 将发射出平面超声波。
换能器S 2 接收到超声波信号后，将它转变为正弦电压信号，接入示波器进行观察。
换能器S 2 在接收超声波的同时，还反射一部分超声波。
当S 1 和S 2 端面之间距离x ，恰好等于超声波半波长的整数倍时，即：2λ⋅=n x ),2,1( =n （24-1）在S 1 和S 2 之间的区域内将因干涉而形成驻波。
由于波节两侧质点的振动反相，所以在纵波产生的驻波中，波节处介质的疏密变化最大，声压最大，转变为电信号时，将会有幅值最大的电信号。
本实验中S 1 为波节，固定S 1 ，连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，每当x 满足（24-1）式时，示波器将显示出幅值最大的电压信号，记录这些波节（S 2）的坐标，则两个相邻波节之差即为半波长。
二、相位比较法实验装置如图24-1所示，S 1 发出的超声信号经空气传播到达接收器S 2 ，S 2 接收的信号与S 1 发射的信号之间存在相位差Δφx λπϕ2=∆ （24-2）本实验中，把S 1 发出的信号直接引入示波器的水平输入，并将S 2 接收的信号引入示波器垂直输入。
这样，对于确定的间距x ，示波器上将有两个同频率、振动方向相互垂直、相位差恒定的两个振动进行合成，从而形成李萨如图形。
连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，可使相位差变化。
超声声速测量实验报告
超声声速测量实验报告超声声速测量实验报告引言：超声声速测量是一种常见的实验方法，广泛应用于物理、材料科学、地质学、医学等领域。
本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究声速与介质性质之间的关系，并验证超声波在空气、液体和固体中传播的特性。
实验原理：超声波是指频率高于人耳可听到的20kHz的声波。
在超声声速测量实验中，通常采用超声波在介质中的传播时间来计算声速。
根据声速的定义，声速等于声波在介质中传播的距离除以传播时间。
实验步骤：1. 实验装置搭建首先，将超声波发生器与超声波探头连接，然后将探头放置在测试介质中。
确保探头与介质接触良好，避免空气间隙对测量结果的影响。
2. 测量空气中的声速将超声波探头置于实验室中的空气中，调节发生器的频率和幅度，使得发出的超声波信号稳定。
记录下超声波在空气中传播的时间t1。
3. 测量液体中的声速将超声波探头放入一个已知介质（如水）中，调节发生器的频率和幅度，记录下超声波在液体中传播的时间t2。
4. 测量固体中的声速将超声波探头放置在一个固体物体上，调节发生器的频率和幅度，记录下超声波在固体中传播的时间t3。
实验数据处理：根据实验步骤中测得的传播时间t1、t2和t3，可以计算出空气、液体和固体中的声速。
1. 空气中的声速计算根据声速的定义，声速等于声波在介质中传播的距离除以传播时间。
由于空气中的声速近似为343m/s，传播距离为探头与接收器之间的距离，可以通过测量得到。
因此，可以计算出空气中的声速。
2. 液体中的声速计算同样地，根据声速的定义，液体中的声速等于声波在液体中传播的距离除以传播时间。
传播距离可以通过测量得到，而传播时间t2已经记录。
因此，可以计算出液体中的声速。
3. 固体中的声速计算固体中的声速计算与液体类似，只需将传播距离改为超声波在固体中传播的距离，传播时间为t3。
通过测量这两个参数，可以计算出固体中的声速。
实验结果与讨论：根据实验数据处理部分的计算，可以得到空气、液体和固体中的声速。
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。
超声波的声速测量实验报告
超声波的声速测量实验报告超声波的声速测量实验报告引言：超声波是一种频率高于人耳可听到的声波。
它在许多领域中有着广泛的应用，如医学、工业、测量等。
本实验旨在通过测量超声波在不同介质中的传播速度，探究声速与介质性质之间的关系。
实验目的：1. 了解超声波的基本特性和传播规律；2. 掌握超声波声速的测量方法；3. 研究不同介质对超声波传播速度的影响。
实验装置与材料：1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 信号发生器4. 水槽5. 不同介质样品（如水、玻璃、金属等）6. 计时器7. 数据记录表实验步骤：1. 将超声波发生器和接收器固定在水槽的两侧，使其距离相等，并与信号发生器相连。
2. 将水槽中注满水，并调整信号发生器的频率，使得超声波在水中传播。
3. 启动计时器，记录超声波从发生器到接收器的传播时间。
4. 重复步骤2和3，分别使用不同介质样品（如玻璃、金属）替代水，记录传播时间。
实验结果与分析：通过多次实验测量，我们得到了不同介质中超声波传播的时间数据。
根据声波传播的基本原理，我们可以计算出声速。
根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 不同介质对超声波传播速度有显著影响。
在水中，超声波传播速度较快；而在玻璃和金属等固体介质中，传播速度明显更快。
2. 这是因为声速与介质的密度和弹性模量有关。
在固体介质中，原子或分子之间的相互作用力较大，导致声速较高；而在液体介质中，分子之间的相互作用力较弱，导致声速较低。
3. 此外，超声波在不同介质中的传播路径也会受到影响。
在液体中，超声波的传播路径相对较直，而在固体中，由于晶格结构的存在，超声波会发生折射和反射，导致传播路径变化，进而影响传播速度。
实验误差与改进：在实验过程中，可能存在一些误差，如仪器误差、操作误差等。
为减小误差，我们可以采取以下措施：1. 保持实验环境稳定，避免温度和湿度等因素对实验结果的影响。
2. 使用精确的计时器，并进行多次测量取平均值，以提高数据的准确性。
超声声速测量实验报告
超声声速测量实验报告实验目的：通过测量超声波在介质中传播的时间，计算出声速。
实验原理：超声波是指频率高于人耳能听到的最高频率20kHz 的声波。
在实验中，可以用超声波测量仪测量超声波在不同介质中传播的时间，通过已知距离除以时间，可以得到声速。
实验装置：超声波发生器、超声波接收器、示波器、计时器、测量尺。
实验步骤：1. 将超声波发生器和超声波接收器连接到示波器上，并将示波器调节到合适的显示范围。
2. 使用测量尺测量超声波在空气中的传播距离，并记录下来。
3. 打开超声波发生器和接收器的电源开关，并调节超声波频率和强度。
4. 用计时器测量超声波从发生器发出到接收器接收到的时间，并记录下来。
5. 将超声波发生器和接收器放入水中，重复步骤2-4，分别测量超声波在水中的传播距离和时间。
6. 用已知的距离除以测得的时间，即可得到声速。
实验数据记录：- 空气中传播距离：30cm- 空气中传播时间：2.5ms- 水中传播距离：30cm- 水中传播时间：1.5ms实验结果计算：- 空气中声速 = 空气中传播距离 / 空气中传播时间- 水中声速 = 水中传播距离 / 水中传播时间实验结果分析：通过计算，得到空气中声速和水中声速的数值，可以发现水中声速比空气中声速要大。
这是因为声速与介质的密度和弹性有关，水的密度比空气大，所以声速也相应增加。
实验误差和改进：1. 计时器的误差：计时器的精度可能会带来一定的误差，可以尝试使用更精确的计时器进行测量。
2. 超声波的发射角度：超声波的传播方向可能会受到发射角度的影响，应尽量保证超声波直线传播。
3. 环境因素的干扰：实验室中可能存在其它声音的干扰，可以选择较为安静的环境进行实验。
实验总结：通过超声声速测量实验，我们可以通过测量超声波在介质中传播的时间，计算出声速。
这个实验可以帮助我们了解声波在不同介质中的传播特性，以及介质对声速的影响。
同时，实验中应注意排除干扰因素，保证实验结果的准确性。
超声声速的测定实验报告
超声声速的测定实验报告
实验目的：
掌握超声波测速方法，了解超声波在不同介质中的传播速度，观察超声波的衍射和折射现象。
实验原理：
超声波是指频率超过20kHz的声波，具有短波长、易传播等特点。
在声波中，声速是一种很重要的物理量，不同介质中的声速不同。
超声波在通过不同介质时，会发生折射和反射，同时还会产生探头内部的谐振。
实验仪器：
超声波测速实验仪、金属样品、无气泡水、润滑油。
实验步骤：
1. 准备金属样品，涂上润滑油，将探头贴在金属表面上。
2. 打开超声波测速实验仪，选定合适的探头和频率，并调整超声波的强度。
3. 测量无气泡水中的声速。
4. 在实验过程中观察超声波在金属中的传播情况，并记录下声速数据。
实验数据和分析：
1. 测量无气泡水中的声速为1470 m/s。
2. 测量金属中的声速为5050 m/s。
3. 在金属中观察到了超声波的强烈衍射和折射现象。
实验结论：
通过本次实验，我们掌握了超声波测速方法，了解了超声波在
不同介质中的传播速度，并观察到了超声波的衍射和折射现象。
此外，我们还发现金属中超声波的传播速度明显高于水中的声速，这说明超声波在不同介质中的传播速度存在差异，应用时需要根
据实际情况进行调整。
超声波测量声速---大学物理仿真实验报告
超声波测光速---仿真实验报告实验日期：教师审批签字：实验人：审批日期：一、实验目的1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。
3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。
二、实验仪器及仪器使用方法（一）实验仪器○1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）○2函数信号发生器○3示波器。
（二）仪器使用方法1、连接测量电路。
连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。
如已有连线，则此操作将去掉连线。
鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。
2、调整仪器。
双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
（1）示波器的使用与调整。
请先调整好聚焦。
然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。
接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。
最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y 开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。
输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。
（2）信号发生器的调整。
频率选择35KHz 左右，幅度为5V 的一个正弦信号。
通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。
（3）超声速测定仪的使用。
○1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。
○2当把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“ ”标志，表明此时可以移动。
按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。
移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。
三、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。
1、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，它们波动方程分别为1cos 2()xy A ft πλ=-2cos 2()xy A ft πλ=+叠加后合成波为：122cos 2cos 2y y y A x ft ππ=+=⨯当x= 2nλ±( n =0,1,2,3……)时为波腹，当x= (21)4n λ±+( n =0,1,2,3……)时为波节。
超声波测声速 (2)
超声波测声速声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。
例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
频率低于20Hz的声波称为次声波；频率在20Hz～20kHz的声波可以被人听到,称为可闻声波;频率在20kHz以上的声波称为超声波.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。
[实验目的]1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用3.练习使用逐差法处理数据[实验仪器]声速测定组合仪,信号发生器,示波器声速测量仪：由发射器、接收器、游标卡尺组成。
当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。
可移动的接收器，将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。
接收器的位置由游标卡尺读数确定。
图1. 声速测量仪使用方法：左击或右击换能器，可以改变换能器面与水平方向的夹角。
按下右边换能器的拖动，可以改变两个换能器之间的的距离。
点击或按下窗体中上部的微调按钮，可以缓慢改变两个换能器之间的距离。
信号发生器：图2. 信号发生器它是一种多功能信号发生器，可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号，信号频率范围为10Hz—2000kHz，既可分档调节，又可连续调节。
信号幅度可连续调节。
1．频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。
2．幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。
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超声波测声速声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。
例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
频率低于20Hz的声波称为次声波；频率在20Hz～20kHz的声波可以被人听到,称为可闻声波;频率在20kHz以上的声波称为超声波.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。
[实验目的]1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用3.练习使用逐差法处理数据[实验仪器]声速测定组合仪,信号发生器,示波器声速测量仪：由发射器、接收器、游标卡尺组成。
当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。
可移动的接收器，将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。
接收器的位置由游标卡尺读数确定。
图1. 声速测量仪使用方法：左击或右击换能器，可以改变换能器面与水平方向的夹角。
按下右边换能器的拖动，可以改变两个换能器之间的的距离。
点击或按下窗体中上部的微调按钮，可以缓慢改变两个换能器之间的距离。
信号发生器：图2. 信号发生器它是一种多功能信号发生器，可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号，信号频率范围为10Hz—2000kHz，既可分档调节，又可连续调节。
信号幅度可连续调节。
1．频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。
2．幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。
3．输出波形，对称性调节旋钮（SYM）：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。
当电位器处在关闭或者中心位置时，则输出对称信号。
输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180︒。
（仿真实验中使用方法：右键单击进行顺时针旋转，左键打击进行逆时针旋转。
）4．速率调节旋钮（WIDTH）：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。
在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。
5．扫描宽度调节旋钮（RATE）：调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。
在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。
6．外部输入插座（INPUT）：当“扫描/计数键”（13）功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。
7． TTL信号输出端（TTL OUT）：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600Ω。
8．函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20Vp–p（1MΩ负载）,10Vp–p (50Ω负载)。
9．函数信号输出幅度调节旋钮（AMPL）：调节范围20dB。
（仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。
）10．函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮（OFFSET）：调节范围：–5V～+5V（50 负载），当电位器处在中心位置时，则为0电平，由信号电平设定器选定输出信号所携带的直流电平。
11．函数信号输出幅度衰减开关（ATT）：“20dB”“40dB”键均不按下，输出信号不经衰减，直接输出到插座口。
“20dB”“40dB”键分别按下，则可选择20dB或40dB 衰减。
12．函数输出波形选择按钮：可选择正弦波、三角波、脉冲波输出。
（仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换）13．“扫描/计数”按钮：可选择多种扫描方式和外测频方式。
14．频率范围细调旋钮：调节此旋钮可改变1个频程内的频率范围。
（仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。
）15．频率范围选择按钮：调节此旋钮可改变输出频率的1个频程，共有7 个频程。
（）仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换16．整机电源开关：此按键揿下时，机内电源接通，整机工作。
此键释放为关掉整机电源。
（仿真实验中使用方法：左键打击进行打开和关闭切换。
）示波器：图3. 示波器有关知识参看示波器的原理和使用。
[实验原理]声波的传播速度v 与声波频率f 及波长λ的关系为v f λ=⋅ （1）测出声波的频率和波长，就可以求出声速，其中超声波的频率可从信号发生器中的频率显示读出，超声波的波长可用相位法测出。
产生和接收超声波是用超声波传感器，其中的压电陶瓷晶片是传感器的核心，声速测量仪的发射器和接收器都是超声波传感器。
当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。
可移动的压电超声波接收器，由于压电晶片的正压电效应，将接收的声振动转化为电振动信号。
本实验中压电陶瓷晶片的固有频率为40kHz,当正弦电压信号的频率调节到40kHz 时，传感器发生共振，输出的超声波能量最大。
在40kHz 附近微调外加电信号的频率，当接收传感器输出的电信号幅度达到最大时，可以判断电信号与发射传感器已达到共振。
沿着的波传播方向上的任何两个相位差为2π的整数倍的位置之间的距离等于波长的整数倍，即(l n n λ=为正整数）。
沿传播方向移动接收器，总可以找到一个位置使得接收器的信号与发射器的激励信号同相，继续移动接收器，接收的信号再一次和发射器的激励信号同相时，移过的这段距离必然等于超声波的波长。
为了判断相位差，可根据两个相互垂直的简谐振动的合成所得到的李萨如图形来测定。
将正弦电压信号加在发射器上的同时接入示波器的X 输入端，将接收器接收到的电振动信号接到示波器的Y 输入端，根据振动和波的理论,设发射器S1处的声振动方程为11cos()x A t ωϕ=+ (2)若声波在空气中的波长为λ,则声波沿波线传到接收器S2处的声振动方程为))(21cos()cos(12222λπϕωϕωx x t A t A x --+=+= (3)S1处和S2处的声振动的相位差为 λ-π-=ϕ-ϕ=ϕ∆)(21212x x (4)负号表示S2处的相位比S1处落后,其值决定于发射器与接收器之间的距离)(12x x -。
示波器Y 轴和X 轴的输入信号是两个频率相同而有一定相位差的正弦波，而荧光屏上光点的运动则是频率相同、振动方向相互垂直的两个简谐振动的合运动，合运动的轨迹方程为22212212212122cos()sin ()x y xy A A A A ϕϕϕϕ+--=- （5）该方程是椭圆方程，椭圆的图形由相位差决定。
图4给出了相位差从0到2π之间几个特殊值的图形。
假如初始时图形如(a)图；接收器移动距离为半波长2λ时，图形变化为（c ），接收器移动距离为一个波长λ时，图形变化为（e ），所以通过对李萨如图形的观测，就能确定声波的波长。
在两个信号同相或反相时声速的理论值由下式决定t v = （6）式中，γ为空气定压比热容与定容比热容之比，R 为摩尔气体常数，μ为气体的摩尔质量，T 为绝对温度。
在0ºC 时，声速0331.45/v m s =，显然在t ºC 时声速的理论计算公式应为 t v v v ==（7）[仪器说明]超声波的发射和接收都需要换能器,换能器的作用是将其它形式的能量转换成超声波的能量（发射换能器）或将超声波的能量转换为其它可以检测的能量（接收换能器）.最常用的是压电换能器.压电晶体或压电陶瓷等压电材料受到应力的作用时会在材料内产生电场,称为压电效应.压电换能器接收超声波信号,使之转换为电信号,从而将机械能转换为电能,就是利用压电效应的原理.当超声波频率与系统固有频率一致时,电信号最强.压电材料在交变电场的作用下会周期性的压缩和伸长,当外加电场的频率和压电体固有频率相同时振幅最大.发射换能器利用逆压电效应就可以将电能转换成超声振动能,在周围媒质中激发超声波.压电换能器在声、电转换过程中信号频率保持不变.[实验内容]1.连接及调试声速测量系统按图5连接信号源、声速测试仪及示波器,接通仪器电源,使仪器预热15分钟左右.观察1S 和2S 是否平行.2.谐振频率的调节根据测量要求初步调节好示波器.将信号源输出的正弦信号频率调节到换能器的谐振频率,以使换能器发射出较强的超声波,能较好地进行声能与电能的相互转换,已得到较好的实验效果,方法如下：（1）将测试方式设置到连续方式,按下CH1开关,调解示波器,能清楚地观察到同步的正弦信号.（2）调解信号源上的“发射强度”旋钮,使其输出电压在20Vp-p 左右,将1S 和2S 靠近,按下CH2开关 ,调整信号频率,观察接收波的电压幅度变化,在某一频率点处（34.5 kHz ～39.5kHz 之间,因不同的换能器或介质而异）电压幅度最大, 改变1S 、2S 的距离,使示波器的正弦波振幅最大,再次调节正弦信号频率,直至示波器显示的正弦波振幅达到最大值,此频率即是压电换能器1S 、2S 相匹配的频率点, 记录此频率f .3.相位比较法测声速（1）调节2S 靠近1S 但不能接触.由近而远改变2S 的位置,观察示波器,记录相继出现10个振幅极大值所对应的各接收面的位置i x (i =0,1,2,……,10).（2）将示波器打到X —Y 显示方式,适当调节示波器,出现李萨如图形.（3）移动2S 并观察示波器上李萨如图形的变化,选择图形为某一方向的斜线时的位置为测量的起点,连续记录12组图形为相同方向斜线时2S 的位置i x '(i =0,1,2,……,9).（4）用逐差法处理数据,求出波长λ. [数据记录与处理]1.根据下表记录所有的实验数据并用逐差法计算波长λ.表1信号发生器 图5 声速测量仪示意图2.计算出测量的声速v ,并写出测量结果.[注意事项]1.示波器电源打开后可连续使用,不要时开时关,以免对仪器造成损害,暂时不用时可将辉度调暗.辉度过大时对荧光屏寿命有影响.2.1S 、2S 两端面应平行;信号源电源打开后1S 与2S 不准接触.3.注意换能器系统的谐振频率的调节,先粗调后细调,调好后不可再改变,否则就必须重新测量数据.4.测量波长时,注意在振幅最大或直线状态进行测读;读数时应预先估测波形最大或重合的位置,精细调节,不可来回旋转鼓轮,避免回程误差.5.由于声波在传播过程中有能量损失,因而随着接收端面2S 逐渐远离发射端面1S 时,驻波的振幅也是逐渐衰减的,但并不改变波腹、波节的位置,因而,不影响对波长的测量.只是注意每次移动接收器时,一定要移到各个幅度为相对最大处,停止移动后再读数.[思考题]1.为什么发射换能器的发射面与接收换能器的接收面要保持互相平行？2.本实验为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？如何调节和判断系统是否处于谐振状态？3.在相位比较法中,调节哪些旋钮可改变直线的斜率？调解哪些旋钮可改变李萨如图形的形状？4.采用逐差法处理数据的优点是什么？。