驻波法测声速
驻波法测声速实验原理的讨论
驻波法测声速实验原理的讨论1. 引言1.1 引言在物理学中，声速是指声波在介质中传播的速度，是声波在单位时间内传播的距离。
测量声速是物理学实验中常见的实验之一，通过测量介质中声波的传播速度可以了解介质的性质和结构。
驻波法测声速实验是一种常用的声速测量方法，利用声波在两个固定端之间来回传播形成驻波的特性来测定声速。
这种方法简单直观，且测量精度高，因此在教学和科研领域被广泛应用。
本文将对驻波法测声速实验的原理进行深入探讨，包括驻波法的基本原理、实验步骤、实验数据分析和实验数据处理。
通过对这些内容的介绍，希望读者能够更加全面地了解驻波法测声速实验，并对声速测量方法有更为深刻的认识和理解。
2. 正文2.1 驻波法测声速实验原理的讨论驻波法测声速实验是一种常用的实验方法，通过测量声波在空气中传播的速度来确定声速的数值。
其原理基于驻波的产生和特性来进行推导和分析。
在实验中，首先需要在实验室中设置两个固定的声源，一个作为发射声波的声源，另一个作为接收声波的声源。
当发射声波的声源发出声波时，声波在空气中传播并与反射回来的声波相互叠加，形成驻波。
通过改变声源之间的距离和频率，可以观察到不同的驻波现象。
根据驻波的特性，我们可以推导出声速与频率、波长以及声音在空气中传播时的相关参数之间的关系。
通过测量不同频率下声波的波长和节点位置，可以使用数学方法来计算出声速的数值。
实验步骤中需要注意保持实验环境的稳定和准确测量数据，同时要根据实验结果来进行数据分析和处理，以得出准确的声速数值。
通过驻波法测声速实验，我们可以深入了解声波在空气中传播的特性，并且提高实验能力和科学研究的水平。
2.2 驻波法的基本原理驻波法是一种常用于测定声速的实验方法，其基本原理是利用驻波现象来测量声波在空气中传播的速度。
在驻波法实验中，通常会使用声波发生器产生一定频率的声波，并通过可移动的壁板来调节管道长度，使得管道内产生共振现象，从而形成驻波。
当声波的频率和管道的长度满足一定条件时，管道内的声波将形成特定的波形，这就是驻波现象。
声速测量实验报告 声速测量实验数据
声速测量实验报告声速测量实验数据一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。
3、掌握示波器、信号发生器等仪器的使用方法。
4、培养实验数据处理和误差分析的能力。
二、实验原理1、驻波法声波在空气中传播时，入射波与反射波相互叠加形成驻波。
在驻波系统中，相邻两波节（或波腹）之间的距离为半波长的整数倍。
通过测量相邻两波节（或波腹）之间的距离，就可以计算出声波的波长，再根据声波的频率，即可求得声速。
2、相位比较法发射波和接收波通过示波器显示时，其振动相位存在差异。
当改变接收端的位置，使发射波和接收波的相位差发生变化。
当相位差为 0 或π时，示波器上的图形会出现直线，通过测量两个直线位置之间的距离，即可求出波长，进而得到声速。
三、实验仪器1、信号发生器2、示波器3、声速测量仪（含超声换能器）4、游标卡尺四、实验步骤1、驻波法测量声速（1）按图连接好实验仪器，将超声换能器 S1 和 S2 分别接入信号发生器和示波器。
（2）调节信号发生器的输出频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。
（3）缓慢移动S2，观察示波器上的波形变化，当出现振幅最大时，即为波腹位置，记录此时 S2 的位置 x1。
（4）继续移动S2，当示波器上的波形振幅最小时，即为波节位置，记录此时 S2 的位置 x2。
（5）重复上述步骤，测量多组数据，计算相邻波腹（或波节）之间的距离，取平均值作为波长λ。
2、相位比较法测量声速（1）连接好实验仪器，将示波器置于“XY”工作方式。
（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出李萨如图形。
（3）缓慢移动 S2，观察李萨如图形的变化，当图形由椭圆变为直线时，记录此时 S2 的位置 x3。
（4）继续移动 S2，当图形再次变为直线时，记录此时 S2 的位置x4。
（5）重复上述步骤，测量多组数据，计算 x3 和 x4 之间的距离，取平均值作为波长λ。
五、实验数据1、驻波法测量数据｜测量次数｜波腹位置 x1（mm）｜波节位置 x2（mm）｜相邻波腹（或波节）距离Δx（mm）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 3520 ｜ 6850 ｜ 3330 ｜｜ 2 ｜ 4250 ｜ 7580 ｜ 3330 ｜｜ 3 ｜ 5020 ｜ 8350 ｜ 3330 ｜｜ 4 ｜ 5800 ｜ 9130 ｜ 3330 ｜｜ 5 ｜ 6580 ｜ 9910 ｜ 3330 ｜平均值：Δx ＝ 3330mm2、相位比较法测量数据｜测量次数｜第一次直线位置 x3（mm）｜第二次直线位置 x4（mm）｜波长λ（mm）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 2560 ｜ 5890 ｜ 3330 ｜｜ 2 ｜ 3280 ｜ 6610 ｜ 3330 ｜｜ 3 ｜ 4000 ｜ 7330 ｜ 3330 ｜｜ 4 ｜ 4720 ｜ 8050 ｜ 3330 ｜｜ 5 ｜ 5440 ｜ 8770 ｜ 3330 ｜平均值：λ ＝ 3330mm六、数据处理已知实验中信号发生器的输出频率 f ＝ 3500kHz，根据公式 v ＝fλ，可得声速 v：驻波法：v ＝fΔx ＝ 3500×10³Hz×3330×10⁻³m ＝ 11655m/s相位比较法：v ＝fλ ＝ 3500×10³Hz×3330×10⁻³m ＝ 11655m/s七、误差分析1、仪器误差（1）游标卡尺的精度有限，可能导致测量的距离存在误差。
声速的测量实验报告误差分析
声速的测量实验报告误差分析在物理学实验中，声速的测量是一个常见且重要的实验。
然而，在实际操作中，由于各种因素的影响，测量结果往往会存在一定的误差。
为了提高实验的准确性和可靠性，对误差进行深入分析是必不可少的。
一、实验原理与方法本次实验采用的是驻波法测量声速。
其原理是利用扬声器发出的平面声波在空气中传播，当遇到反射面时会形成反射波。
入射波与反射波相互叠加，在特定条件下会形成驻波。
通过测量驻波相邻波节或波腹之间的距离，结合声波的频率，就可以计算出声速。
实验中，我们使用了信号发生器产生一定频率的正弦电信号，驱动扬声器发出声波。
同时，利用示波器观察接收端的信号，通过移动接收端的位置，找到驻波的波节或波腹位置，并进行测量。
二、误差来源分析1、仪器误差（1）信号发生器的频率误差：信号发生器输出的正弦电信号频率可能存在一定的偏差，这会直接影响到声速的计算结果。
（2）示波器的测量误差：示波器在测量电压、时间等参数时，也会存在一定的误差，从而影响对驻波位置的判断和测量。
（3）测量工具的精度限制：例如尺子、游标卡尺等用于测量距离的工具，其本身的精度有限，可能导致测量结果的不准确。
2、环境误差（1）温度的影响：声速与温度密切相关，温度的变化会导致空气的密度和弹性模量发生改变，从而影响声速的大小。
在实验过程中，如果环境温度不稳定或者没有进行准确的温度测量和修正，就会引入误差。
（2）湿度的影响：空气的湿度也会对声速产生一定的影响。
较高的湿度会使空气的密度增加，从而导致声速变慢。
（3）气流和噪声的干扰：实验环境中的气流流动以及外界噪声可能会干扰声波的传播，导致测量结果的不稳定。
3、操作误差（1）扬声器和接收端的位置调整不准确：在实验中，扬声器和接收端的位置需要精确调整，以确保形成良好的驻波。
如果位置调整不当，可能会导致驻波的不明显或者测量结果的偏差。
（2）读数误差：在读取测量工具上的数值时，由于人的视觉误差或者读数方法不正确，可能会导致读数不准确。
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一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学会使用驻波法和相位法测量声速。
3、掌握示波器、信号发生器等仪器的使用方法。
4、培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理1、驻波法声波在介质中传播时，会在介质的界面上产生反射。
当声源和接收器之间的距离恰好等于半波长的整数倍时，会形成驻波。
驻波的特点是在某些位置上，介质的振动幅度最大，称为波腹；在另一些位置上，介质的振动幅度为零，称为波节。
相邻两个波腹或波节之间的距离等于半波长。
通过测量相邻两个波腹或波节之间的距离，就可以计算出声波的波长，进而计算出声速。
2、相位法声源发出的声波经过一定距离的传播后，到达接收器。
由于声波的传播需要时间，所以接收器接收到的声波与声源发出的声波之间存在相位差。
通过测量相位差，并结合声波的频率和传播距离，可以计算出声速。
三、实验仪器1、示波器用于观察声波的波形和相位差。
2、信号发生器产生一定频率的正弦波信号作为声源。
3、超声实验装置包括发射器和接收器，用于发射和接收声波。
4、游标卡尺测量发射器和接收器之间的距离。
四、实验步骤1、驻波法按照实验装置图连接好仪器，将信号发生器的输出频率调整到一定值，例如 35kHz。
缓慢移动接收器，观察示波器上的波形，当出现驻波时，记录下相邻两个波腹或波节之间的距离。
改变信号发生器的输出频率，重复上述步骤，测量多组数据。
2、相位法连接好仪器，将信号发生器的输出频率调整到一定值，例如35kHz。
观察示波器上两个通道的波形，通过调节示波器的相位旋钮，使两个波形的相位差为零。
缓慢移动接收器，记录下相位差再次为零时接收器移动的距离。
改变信号发生器的输出频率，重复上述步骤，测量多组数据。
五、实验数据记录与处理1、驻波法实验数据记录表格｜频率（kHz）｜相邻波腹（节）距离（mm）｜波长（mm）｜声速（m/s）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜35 ｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜｜40 ｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜｜45 ｜＿____ ｜＿____ ｜＿____ ｜计算波长和声速：根据相邻波腹（节）距离计算波长，波长等于相邻波腹（节）距离的两倍。
驻波法测量声速
驻波法测量声速驻波法测量声速声波是⼀种在弹性媒质中传播的机械波，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。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。
因⽽通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。
声速测定在⼯业⽣产上具有⼀定的实⽤意义。
⼀、实验内容1、⽤驻波法测定空⽓中的声速。
2、⽤李萨茹图形的变化，观测位相差。
3、了解时差法测定超声波的传播速度。
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=,即⼒→电，称为正压电效应；当与E?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：U=，即电→⼒，称为逆压电效应。
其中g为⽐例系数，d为dS?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换为声能作为超声波发⽣器，反过四、实验原理根据声波各参量之间的关系可知f ?=λυ,其中υ为波速, λ为波长,f 为频率。
驻波法对液体中声速的测量研究
驻波法对液体中声速的测量研究
近年来，随着科学技术的发展，液体中声速的测量技术也取得了长足的进步。
其中，基于驻波法的液体中声速测量技术受到了广泛的关注。
驻波法是一种基于声学原理的测量技术，它可以通过测量液体中的驻波来测量
液体中的声速。
驻波法的原理是，当声波在液体中传播时，会产生一种称为“驻波”的现象，即声波在液体中传播时会产生一种持续的振动，这种振动的频率可以用来测量液体中的声速。
驻波法测量液体中声速的具体步骤是：首先，将一个发声装置放置在液体中，
然后发出声波，声波在液体中传播时会产生驻波，接着，使用一个探头来测量液体中的驻波，最后，根据测量出来的驻波频率来计算液体中的声速。
驻波法测量液体中声速的优点是：它可以准确测量液体中的声速，而且测量过
程简单，不需要复杂的设备，可以在实验室中进行，而且测量结果可靠。
总之，基于驻波法的液体中声速测量技术是一种准确、简单、可靠的测量技术，它可以为科学家们提供准确的液体中声速测量数据，为科学研究和工程应用提供重要的参考。
驻波法测声速四
可移动 超声波接收头
固定 超声波发射头
标尺
底座 声速测量仪图
刻度 鼓轮
2
广东海洋大学
物理实验教学中心课件
三、实验原理 ①声波的形成
振动状态在弹性介质中传播形成波，波速完全由介 质的物理性质决定。 声波在空气中的传播，是由于空气的压强在平衡位 置附近的瞬时起伏在空间激发疏密区，这些疏密区向前 传播，从而形成声波。声波是纵波。
5
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三、实验原理 ④超声波与压电陶瓷换能器
压 电 陶 瓷 换 能 器
电压
声压
声压
电压
超声波
接收信号
前者电转换为声逆压电效应， 后者声转换为电正压电效应
6
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三、实验原理 ⑤波长测量方法
一、共振干涉法（驻波法）测量声速 两个压电陶瓷换能器发射头（电声转换） 和接收头（声电转换），面对面平行放置， 其端面间距为L。 当 L n / 2 时，两端面产生共振，形成驻波。 此时波节处声压最大，转换后电压信号最强。 示波器观察到信号振幅达到极大。 移动接收端，可在示波器上看到信号振幅由大 到小呈周期变化。因此，测得两个相邻极大值 接收端位置之差，即可得到声波波长。
v f ，求出声速。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
测量次数 频率f（Hz） S2位置L（mm）
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四、实验内容
二、相位比较法（李萨如图形）测量波长 （1）将信号源测试方法设置到连续波方式，设定最佳工作频率为 。
（2）首先，置示波器于双踪显示功能，观察发射和接收信号波形，转动 距离调节鼓轮，至接收信号幅度达最大值时的位置。调节示波器CH1、 CH2衰减灵敏度旋钮、信号源发射强度、接收增益，令两波形幅度几乎 相等，观察两波形曲线间的关系。 （3）然后，置示波器于X－Y功能方式，这时观察到的李萨如图形为一斜 线，否则可微调声速仪的鼓轮实施之，记录下此时的距离Li。
声速的测量实验报告及数据处理
声速的测量实验报告及数据处理一、实验目的1、了解声速测量的基本原理和方法。
2、学习使用驻波法和相位法测量声速。
3、掌握数据处理和误差分析的方法。
二、实验原理1、驻波法声波在介质中传播时，入射波和反射波相互叠加形成驻波。
在驻波中，相邻两个波腹（或波节）之间的距离为半波长。
通过测量相邻两个波腹（或波节）之间的距离，就可以计算出声波的波长，再结合声波的频率，即可求出声速。
2、相位法利用两个同频率、振动方向相同但存在相位差的声波，通过测量它们的相位差来计算声波的波长，从而求得声速。
三、实验仪器1、声速测量仪2、示波器3、信号发生器四、实验步骤1、驻波法（1）连接好实验仪器，将信号发生器的输出信号接入声速测量仪的发射端，示波器的输入通道分别连接声速测量仪的接收端和信号发生器的同步输出端。
（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出稳定的正弦波。
（3）缓慢移动声速测量仪的接收端，观察示波器上波形的变化，找到相邻的波腹（或波节），记录下接收端的位置。
（4）重复测量多次，求出相邻波腹（或波节）之间的平均距离，即为半波长。
2、相位法（1）按照驻波法的连接方式连接好实验仪器。
（2）调节信号发生器的频率，使示波器上显示出两个同频率、振动方向相同但存在相位差的正弦波。
（3）通过示波器上的李萨如图形，测量两个声波的相位差。
（4）根据相位差和声波的频率计算出声波的波长。
五、实验数据记录与处理1、驻波法｜测量次数｜相邻波腹（或波节）之间的距离（mm）｜｜｜｜｜ 1 ｜＿___ ｜｜ 2 ｜＿___ ｜｜ 3 ｜＿___ ｜｜ 4 ｜＿___ ｜｜ 5 ｜＿___ ｜平均值：＿___已知信号发生器的频率 f ＝＿___ Hz，根据波长λ ＝ 2×平均值，计算出声波的波长λ ＝＿___ 。
声速 v ＝λ×f ＝＿___ 。
2、相位法｜测量次数｜相位差（度）｜｜｜｜｜ 1 ｜＿___ ｜｜ 2 ｜＿___ ｜｜ 3 ｜＿___ ｜｜ 4 ｜＿___ ｜｜ 5 ｜＿___ ｜平均值：＿___已知信号发生器的频率 f ＝＿___ Hz，根据波长λ ＝ 360°／（平均值×2π）×λ，计算出声波的波长λ ＝＿___ 。
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2
波长λ的测定
驻波：两列传播方向相反的相同频率，振幅，振动方向的波叠 加形成。 设沿X轴负向传播的反射波的波动方程为:
Y1 A cos2 t x / )
设沿X轴正向传播的入射波的波动方程为：
Y 2 A cos2 t x / )
驻波的波动方程
Y Y1 Y 2 (2 A sin 2x / ) cost
反射面处为波节，声压最大，L=nλ/2，因此可根据声压的 变化确定波节的位置和波长。
S1
波 波腹 节
S2
L=2λ
声波在空气中的传播速度取决于空气本身的性质
vμ-空气分子的摩尔质量，T-绝对温 度 在标准状态下，0 oC时，声速为 vo＝331.45m／s，显然在 t oC 时，干燥空气中声速的理论值应为
空气中声波：压力波（密度大，压力大）
压力
位移
声波的产生 和接收
压电换能器：
正负电极片
后盖反射板 压电陶瓷片
辐射头
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）。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：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
273.15 t vt 331.45 273.15
实验仪器：
低频信号发生器：产生交流电信号 毫伏表：测量由声压引起的电信号 数字频率计：测量电信号的频率 屏蔽导线：连接各仪器 声波驻波仪：声波和电信号相互转换。由压电换能系统A 和B，游标尺，固定支架组成
实验步骤：
仪器接线柱连接。
接通电源，预热15分钟，置好仪器的旋钮 寻找适当频率（共振频率） 测量波节的位置，共测16个数据。 记录室温 关断仪器电源，整理好仪器和用具。 用逐差法处理实验数据
能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即
用压电陶瓷片作为声频信号接收器。 当交流电信号的频率与系统的固有频率相近时，产生共振，电-声转换最好。因此声波 的频率等于电信号的频率， f 可由频率计测出。
x x x 2 A cos ( 2k2 Y 1() t ) )
当： x k / 2
， 即 x (2k 1) / 4
k = 0，1，2，3 ……
这些点的振幅最大, 即为波腹 当 2x / (2k 1) / 2
,
k = 0，1，2，3 ……
这些点的振幅始终为零，即为波节。 故知，相邻波腹(或波节)的距离为 / 2
波腹 。
波节
注意事项：
测量L时，必须轻而缓慢地调节，手勿压游标尺，以免主尺弯曲引起误差。 注意信号源不要短路，以防烧坏仪器。 放置各仪器的旋钮时不能用力过猛。
思考题：
在本实验装置中驻波是怎样形成的：
为什么测L时不测量波腹间的距离而测波节间的距离？
习题
根据测量数据计算声速及其相对误差。 本实验装置可用作温度计吗？如果L的测量精度为 0.002mm， 在频率不变的情况下，能测到的最小温度变化是多少？
驻波法测声速
实验目的：
用驻波测定空气中的声速 学会用逐差法处理实验数据
实验原理和设计思路：
速度的测量：
运动物体：根据 v=s /t，测量 s, t 波速： 根据 v=fλ，测量 f,λ 间接测量
如何测量声波的 f,λ？如何产生与探测声波？
声波：机械振动在弹性介质中所激起的机械波就称为声波
声波的特点：纵波