大学物理实验超声波速测量实验报告
超声波波速的测量实验报告
超声波波速的测量实验报告篇一：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。
1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。
2当（3）超声速测定仪的使用。
○○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。
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。
2021年大学物理实验超声波速测量实验报告
大学物理试验超声波速测量试验汇报一试验目1.了解超声波物理特征及其产生机制;2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据;3.测量超声波在介质中吸收系数及反射面反射系数;4.并利用超声波检测声场分布。
5.学习超声波产生和接收原理,6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传输速度, 并与公认值进行比较。
7.观察和测量声波双缝干涉和单缝衍射二试验条件HLD-SV-II型声速测量综合试验仪, 示波器, 信号发生仪三试验原理1、超声波相关物理知识声波是一个在气体。
液体、固体中传输弹性波。
声波按频率高低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz）, 以下图。
声波频谱分布图振荡源在介质中可产生以下形式震荡波:横波: 质点振动方向和传输方向垂直波, 它只能在固体中传输。
纵波: 质点振动方向和传输方向一致波, 它能在固体、液体、气体中传输。
表面波: 当材料介质受到交变应力作用时, 产生沿介质表面传输波, 介质表面质点做椭圆振动, 所以表面波只能在固体中传输且随深度增加衰减很快。
板波: 在板厚与波长相当弹性薄板中传输波, 可分为SH 波与兰姆波。
超声波因为其波长短、 频率高, 故它有其独特特点: 绕射现象小, 方向性好, 能定向传输; 能量较高, 穿透力强, 在传输过程中衰减很小, 在水中能够比在空气或固体中以更高频率传更远, 而且在液体里衰减和吸收是比较低; 能在异质界面产生反射、 折射和波形转换。
2、 理想气体中声速值声波在理想气体中传输可认为是绝热过程, 所以传输速度可表示为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 为气体热力学温度, 若以摄氏温度t 计算, 则: t T T +=0 K T 15.2730=代入式(1)得,00001V 1)(V T t T t T rRt T rR++⋅+=＝＝μμ (2) 对于空气介质, 0℃时声速0V =331.45m /s 。
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---大学物理仿真实验报告
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：122cos2cos2y 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。
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。
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。
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。
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大学物理实验超声波速测量实验报告
一实验目的
1.了解超声波的物理特性及其产生机制；
2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法处理数据；
3.测量超声波在介质中的吸收系数及反射面的反射系数；
4.并运用超声波检测声场分布。
5.学习超声波产生和接收原理，
6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。
7.观察和测量声波的双缝干涉和单缝衍射
二实验条件
HLD-SV-II型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪
三实验原理
1、超声波的有关物理知识
声波是一种在气体。
液体、固体中传播的弹性波。
声波按频率的高低分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz），如下图。
声波频谱分布图
振荡源在介质中可产生如下形式的震荡波：
横波：质点振动方向和传播方向垂直的波，它只能在固体中传播。
纵波：质点振动方向和传播方向一致的波，它能在固体、液体、气体中的传播。
表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，介质表面的质点做椭圆的振动，因此表面波只能在固体中传播且随深度的增加衰减很快。
板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波，可分为SH波与兰姆波。
超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特的特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远，而且在液体里的衰减和吸收是比较低的；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。
2、理想气体中的声速值
声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程，因此传播速度可表示为
μrRT
=V (1)
式中R 为气体普适常量(R=)，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 为气体的热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则：t T T +=0 K T 15.2730=
代入式(1)得，
00001V 1)(V T t T t T rR
t T rR
++⋅+=＝＝μμ (2) 对于空气介质，0℃时的声速0V =
m s 。
若同时考虑到空气中的蒸汽的影响，校准后
声速公式为： s m p
p 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、共振干涉法
设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反射面处为位移的波节。
改变接收器与发射源之间的距离l ，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。
此时，l 等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。
不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。
因此，若保持频率 v 不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离(2/λ)，就可以用λv =V 计算声速。
声压变化与接收器位置的关系：
4、相位比较法
发射波通过传声媒质到达接收器，所以在同一时刻，发射处的波与接收处的波的相位不同，其相位差 ϕ可利用示波器的李萨如图形来观察。
ϕ 和角频率 ω、传播时间 t 之间有如下关系：
t ωϕ=
同时有：
T /2πω=,V ,V
T l t ==
λ （式中T 为周期），代入上式可求得声速V 。
λ的确定用如下方法：根据 λπϕ/2l =
当,...)3,2,1(2/==n n l λ时，得πϕn =。
实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，可观察到相位的变化。
而当相位差改变 π时，相应的距离l 的改变量即为半个波长。
为精确测定波长的值，在实际的操作中要连续测多个相位改变π的点的坐标，再用逐差法算出波长λ的值，根据波长和频率值可求出声速。
行波法相位差图：
5声速测量及声波的双缝干涉与单丝衍射
由于超声波具有波长短，易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。
本实验用共振干涉法和相位比较法测量声音在空气中传播的声速；并研究声波双缝干涉，单缝衍射及声波的反射现象，将测量结果与理论计算进行比较，从而对波动学的物理规律和基本概念有更深的理解。
6、声波的干涉和衍射
双缝干涉实验装置如图1所示。
对于不同的α角，如果从双缝到接收器的程差是零或波长的整数倍，就会产生相长干涉，因而观察到干涉强度的极大值；当程差是半波长的奇数倍时，干涉强度有极小值。
因此，干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)2
1(sin +=n d (5) 式中，n 为零或整数，d 为二个缝中心位置的距离，λ为声音的波长。
r
〆
d a
图1
衍射效应用超声波也可以观察到，采用1个单缝，如图2所示。
当来自单缝的一半的辐射与来自另一半的辐射相差半波长奇数倍时，会产生相消干涉，因此相消干涉条件是：
λα)2
1(sin 2+=n a （6） 式中，n =0，±1，±2，……，a 为单缝缝宽，α为接收器离中心位置转过角度。
图2
三、实验内容
(一)：声音在空气中传播速度测量
1、调整测试系统的谐振频率
按图4将实验装置接好。
正弦波的频率取40KHz ，调节接收换能器尽可能近距离，且使示波器上的电源信号为最大。
然后，将两个换能器分开稍大些距离（约5-6cm ），使接收换能器输入示波器上的电压信号为最大。
再调节频率，使该信号确实为该位置极大值。
此时信号源输出频率才最终等于二个换能器的固有频率。
在该频率上，换能器输出较强的超声波。
2、在谐振频率处用共振法和相位法测声速。
当测得一声速极大值后，连续地移动接收端的位置，测量相继出现20个极大值所相应的各接收面位置i L ，再用逐差法求波长值。
在用相位比较法时，将接收器与示波器的Y 轴相连，发射器与示波器X 轴相连，即可利用李萨如图形来观察发射波与接收波的相位差，适当调节Y 轴和X 轴灵敏度，就能获得比较满意的李萨如图形。
对于两个同频率互相垂直的简谐振动的合成，随着两者之间相位差从0--π变化，其李萨如图形由斜率为正的直线变为椭圆，再由椭圆变到斜率为负的直线。
记录游标卡尺上读数时，应选择李萨如图形为直线时所对应的位置。
每移动半个波长，就会重复出现斜率正负交替的直线图形。
3、本实验温度应正确仔细地测量（为什么），并测出温度计干泡温度和湿泡温度，查表得到该状态下的 w p 值，再测得实验室当时的气压值p ，（干燥天气可不必测量w p 和p ）（详
见参考资料1和3），则可由式（3）求出声速值。
4、将上述两种方法的测量结果比较，计算相对偏差。
选做实验：（设计性实验）
（二）声波的双缝干涉
用图1所示双缝装置来做干涉实验。
实验须满足公式（4）和公式（5）条件。
为了减少由于两个缝处的衍射所引起的复杂性。
简单的办法是每个缝宽度均小于1个波长（约8-9mm 为一个波长），缝宽仅2-3mm，而两个缝相隔为几个波长，（实际使用双缝间距约为3倍波长）。
这时，测量出主极大，次极大和极小值的位置。
要观察更多极大值和极小值位置，须将固定螺丝卸下，放好后。
转动更大角度观察到。
（三）声波的单缝衍射
用图2所示双缝装置来做观察声波的单缝衍射实验（注意卸下固定螺丝必须保管好）。
体会声波衍射的物理含义。
将转动紧固螺丝卸下(注意螺丝和螺帽不能掉)放在纸盒内。
将接收器绕轴心转动，可以观察接收信号在不同角位置时强度的变化，由公式(6)可估算一级极小值的角度。
可以在满足公式(6)的条件下，观测到一级极小值。
估算一下衍射是否与理论值一致，转动更大角度时，可观测到一级极大值。
四、使用注意事项
1、仪器与装置连接的电缆线，不宜多拆、多接。
角度固定螺丝也不宜让学生经常卸下。
最佳方案是配一套公用“声速测量综合实验仪”。
让学生学习接拆同轴电缆接头，以及观测大角度时双缝干涉和单缝衍射，并备1个大量角器。
2、数显游标卡尺使用时，应轻轻移动，移动时速度须慢而均匀。
实验结束时，应将数显部分电源关闭。
3、搬动仪器时，不能将数显游标卡尺当手柄使用。
应两手拿底板搬动装置。
4、平时，不做实验时，应用防尘罩(或布)防尘，以避免灰尘进入换能器。
五、思考与讨论
1、声波与光波、微波有何区别
2、为何在声波形成驻波时，在波节位置声压最大，因而接收器输出信号最大
3、在什么条件下，声波传播中的压缩与稀疏不是绝热过程这对声速测量结果有何影响。