大学物理实验——声速的测量
大学物理实验――声速的测量
大学物理实验――声速的测量声速是指声波在介质中传播的速度，是介质特性的一种表示，通常用符号v表示。
声速的测量是物理学中一个重要的实验，其应用广泛，特别是在工程领域和地震学中。
本实验是通过对气体中声波的传播距离和时间的测量，计算出气体中声速的值。
实验设备及原理本实验所需的设备包括计时器，压缩空气的气瓶，可调节的声音发生器和接收器，宽口瓶，水平塑料管和数码万用表等。
实验的基本原理是通过沿着被测气体内传输声波的路径测量声波传输的时间和距离，计算出声速。
根据声速的定义：$ v = f \times \lambda $其中，v是声速，f是声波的频率，λ是声波在介质中的波长。
在本实验中，发射器会产生一定频率的声波，并通过传声管将声波传递到接收器中。
接收器将信号转换为电信号，发送到计时器上。
实验者使用计时器测量声波从发射器到接收器之间的时间差，然后根据声波频率计算声波的波长，最后通过上述公式计算出气体中的声速。
实验步骤1.准备实验设备。
将发射器和接收器连接在气瓶上。
将宽口瓶放置在声波传播的路径上，并将水平塑料管连接到宽口瓶上。
在水平塑料管中放入一定量的水，直至水超过塑料管中心的标记。
将计时器连接到接收器上。
使用数码万用表检查所有连接线路是否连接正确，并检查设备是否正常工作。
2.测量实验温度和压力。
在测量声速之前，需测量被测气体的温度和压力。
应根据玻意耳定律对气瓶中的气体进行压力和温度的测量，并记录测量结果。
3.理论计算。
根据气体的压力和温度以及声波频率的测量值，计算出声波的波长。
波长的计算公式为：$ \lambda = \frac{v}{f}$其中，v是声速，f是声波的频率。
4.测量声波传播时间。
使用计时器测量声波从发射器到接收器的传播时间。
重复2-3次，取平均值。
实验注意事项1.实验者需仔细阅读实验说明，并按指南正确操作实验设备。
2.实验者需正确清洁实验设备，并注意消毒。
3.实验者需保持设备的稳定性和准确性。
379编号大学物理实验报告-声速的测量
379编号大学物理实验报告-声速的测量实验名称：声速的测量实验目的：通过实验测量声波在不同媒介中的传播速度，熟悉实验仪器的使用方法并了解声速的概念及计算方法。
实验仪器：定频发生器、扬声器、共振管、卷尺、计时器等。
实验原理：声速是指声波在介质中传播的速度。
声波的波速v与频率f和波长λ有关：v=fλ。
在同一介质中，声速是一定的，而在不同的介质中，声速是不同的，与介质的性质有关。
共振现象是指在某一频率下，振动系统的振幅达到最大值的现象。
当空气某一长度的共振管产生共振时，管内的空气分子震动的频率与发出声波的频率相同，即共振频率。
共振频率与管长及空气介质有关，若以L表示共振管长度，则共振频率与管长L之间的关系为：f=nv/4L，其中n为正整数。
实验步骤：1.通过定频发生器产生固定频率的电磁波信号，并通过扬声器将电磁波信号转换成相应频率的声波信号，声波信号的频率为500Hz左右。
2.将共振管半封闭，调整管长，使共振现象出现。
测量此时的共振管长度L1。
4.记录室内温度和相对湿度。
5.分别在室内、水中和硫酸乙酯中重复上述步骤，测量共振管长度。
实验数据：实验媒介室内水中硫酸乙酯中室温/℃ 22.5 22.0 22.5相对湿度/% 38.0 40.5 41.0L1/cm 25.5 25.0 16.8L2/cm 12.0 11.5 6.2实验计算：通过实验，我们测得在不同媒介中的共振管长度，根据实验原理，我们可以通过共振管长度和共振频率计算声速v。
对于室内测量结果来说：共振频率f=nv/4L1，将n取为1，得到v=4L1f=4×25.5×500=25500cm/s。
根据声速的定义，声速v=λf，公式中λ为波长，由此我们可以求得波长：λ=v/f=25500/500=51cm。
同理可得其他媒介下的声速和波长，结果如下。
实验结论：通过本实验，我们了解了声速的概念及计算方法，同时也熟悉了实验仪器的使用方法。
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在这个实验中，我们的目标是测量声速。
听起来简单吧？但当你深入了解，才会发现其中的奥秘。
声音是一种波动，依赖于介质。
空气、水，甚至固体中，声音传播的速度都不一样。
今天，就让我们一起走进这个实验的细节吧。
一、实验原理1.1 声音的传播声音在空气中传播时，是通过空气分子的振动传递的。
简单来说，当你说话，声带振动，产生的波动让周围的空气分子开始跳舞，结果就是声音传到了你朋友的耳朵里。
声速受温度、湿度和气压的影响。
温度越高，声速越快。
想象一下，夏天在海边，声音传得比在寒冷的冬天要快得多。
1.2 声速的测量我们使用了一个简单的方法来测量声速。
首先，准备好一个发声装置，比如一个喇叭。
然后，在远处放一个麦克风。
两者之间的距离是已知的。
当喇叭发声时，麦克风接收到声音并记录下时间。
这就是我们的测量方法，直接而有效。
二、实验步骤2.1 准备设备我们需要的设备包括一个喇叭、一个麦克风、一个计时器和一根尺子。
准备这些东西时，心里充满了期待。
我们把喇叭放在一个固定的位置，确保一切都在最佳状态。
然后，调整麦克风的位置，尽量减少环境噪音。
2.2 进行实验一切准备就绪，开始实验！我打开喇叭，发出清晰的声音。
听，那一瞬间，似乎时间都停止了。
我们都聚精会神地盯着计时器，心跳也随之加速。
声音在空气中迅速传播，麦克风记录下了到达的时间。
每次实验，我们都小心翼翼，尽量减少误差。
2.3 数据记录与处理实验结束后，数据收集到了。
根据公式，声速等于距离除以时间。
我们把记录的数据代入公式，经过几轮计算，最终得出了声速的近似值。
这个过程虽然繁琐，但每一步都让人心潮澎湃。
计算结果与理论值非常接近，这让我倍感欣喜。
三、实验结果与分析3.1 数据结果经过多次实验，我们得到了几组数据。
虽然有一些小的误差，但总体趋势很明显。
声速在空气中大约是340米每秒。
这一数字在心中回响，让我感到无比神奇。
声音在我们生活中随处可见，却从未认真思考过它的速度。
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__D_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__D_Dd__________ÿĝϨϨ________________ _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-声速的测量
实验仪器
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
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。
测量声波波长
❖ 将频率固定在平均值处。 ❖ 改变换能器之间距离，同时观察示波器上声
压振幅变化，记下出现正弦振幅最大的位置 （测量时要注意回程差的存在）。 ❖ 用逐差法计算出声波波长
读数装置由主尺和鼓轮读数组成。
❖ 如图所示主尺读数取 53mm
❖ 鼓轮读数取0.785mm ❖ 读数为53.785mm ❖ 现数据简化估读位省略
波器CH1(4)或CH2(6),屏幕上下方应显示出2(2)，并且调节电压衰减 （5）使电压标称值为100mv. 3.调节触发源（9）使触发信号（7）为发射信号CH1。 4.调节信号源的频率（35KHz－－38KHz），使接收波的电压振幅最大。 波形幅度如果超过可调节电压衰减（5），调节时基旋钮（12）和触发 电平（10）使波形稳定。 5.微调换能器之间位置，确定波形振幅最大并且不出现失真。 若出现失真，应调节信号源的接收或发射增益大小。 6.再微调频率使波形振幅最大，确定该频率就是谐振频率。
声速测量
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。
大学物理实验教程：声速的测量
之间有以下关系
四、实验原理
1. 声波在空气中的传播速度 由波动论可知, 波的频率ƒ、波速v和波长
可见, 只要测量出声波的频率和波长, 就可以求出声速。
2.声速的理论值计算方法 声波在理想气体中的传播可认为是绝热过程, 传播速度为
Байду номын сангаас
是空气定压比热容和定容比热容之比（
）, R是摩尔气体常数, M是气
体的摩尔质量, T是热力学温度。从式可以看出, 温度是影响空气中声速的主要
2. 共振干涉法（驻波法）测量波长 游标卡尺放至10cm左右, 观察示波器, 找到任意接收波的最大值（波腹位置）, 然后, 移动游标卡尺, 这时波形的幅度会发生变化, 记录振幅最大时的位置Li, 再向发射端移动, 当接收波形振幅再次达到最大时, 记录此时的位置Li＋1。 波长
连续记录6次, 填入表2-1。, 用逐差法处理数据, 根据
一、实验目的
实验 声速的测量
1.了解超声波的产生、发射、传播和接收，压电陶瓷的声电转换功能
2.熟悉低频信号发生器、数字频率计和示波器的使用
3.掌握用共振干涉法、相位比较法测量超声波的传播速度
二、实验仪器
声速测量仪、示波器。其中声速测量仪装置如图2-1（a）（b）所示:
1 . 幅度调节旋钮 2 . 频率调节旋钮 3 . 4 . 发射信号输出端口 5 . 6 . 连接示波器端口 7 .超声发 射端 8 . 超声接收端 9 . 接收信号输出端 10.12.锁紧螺丝 11.微调螺母 13.游标卡尺 14.主尺 15.发射信号输入端口
其中A1 = A2 = A。
声压
由可知, 当
（k = 1, 2…）位置上, 为驻波的 波腹, 声振动的振幅最大。
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。
09 大学物理实验 声速的测量
/2 /2 /2 /2 /2
声压驻波分布
L
2、相位比较法 S2接收声波并转换为电信号，该电信号与输 入到S1的电信号频率相同，仅相位有所延迟， 相位延迟量与超声波在S1和S2之间传播的距 离有关：
2
L
如果将发射端和接收端输出的电信号分别分 别输入到示波器的x，y轴，这两个信号在示 波器上将显示出李萨如图形。
二、实验装置介绍
本实验使用信号发生器输出一个高频交流电信 号到超声发生器，用于产生超声波，超声接收 器接收到超声波后通过换能器转变为电信号， 并输出到示波器，进行观察测量。 超声声速测定仪
信号发生器
发射换能器 接收换能器
Y 示波器
S1
S2
超声声速测定仪由两个换能器（一个发射端， 一个接收端）、鼓轮和标尺组成。转动鼓轮可 使一个换能器在导轨上移动，移动距离可由标 尺和鼓轮读出。
2.计算超声波在空气中传播速度的公认值，对共 振干涉法和相位比较法测得的声速分别计算定 值误差。
三、波长的测定
1、共振干涉法
超声发生器（S1）发出的声波，经空气传播到接 收器（S2），S2在接收声波信号的同时反射部分 声波信号。如果S2与S1严格平行，入射波即在接 收面上垂直反射，当S1和S2之间的距离L满足下 式：L= n /2 （n=1、2..）时，形成驻波。
L
S1发射
S2反射
当S1和S2之间的距离L连续改变时，示波器 上的信号幅度呈现周期性的变化，振幅从最 大变到另一个最大说明接收器移动了λ/2的距 离 ，而S2移动的距离可由标尺和鼓轮读出， 从而计算出波长λ 。
超声波在空气中的传播速度是温度的函数，其 理论值计算公式为：
t 0
t ( C ) 1 273.15
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v=f λ
测出声振动频率 f 和声波的波长 λ,就可算出声波 , 当然这仅仅是一种最简便的近似测量. 的波速 v.当然这仅仅是一种最简便的近似测量. 实验室中常利用, 测定波长λ 实验室中常利用,用振幅法,相位法测定波长 ,由 函数发生器或示波器直接读出频率 f. .
三,测量原理
1. 振幅法
振幅法也称驻波法. 振幅法也称驻波法.发射器发出的声波近似于平 面波.经接收器反射后,波将在两端面间来回反射,并 面波.经接收器反射后,波将在两端面间来回反射 并 且叠加. 且叠加.当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍 时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大. 时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大.由纵 波的性质可以证明,振动位移处于波节时, 波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处 于波腹. 于波腹. 位移
声压 S2 S1 返回
2. 相位法
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播. 波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播. 沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同(同相 同相: 沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同 同相 相 位差为0)或者说其相位差为 或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距 位差为 或者说其相位差为 的整数倍时两点间的距 离应等于波长λ的整数倍 的整数倍, 离应等于波长 的整数倍,即 l = n λ (n为一正整数) (n为一正整数 为一正整数) 利用这个公式可测量波长. 利用这个公式可测量波长. 相位法又可分为行波法和李萨如图形法. 相位法又可分为行波法和李萨如图形法. 行波法
读数装置
1.声速测量仪
压电陶瓷 换能器
手轮
底座
返回
传感器及它的内部结构
传感器是物理实验中常用的间接测量元件. 传感器是物理实验中常用的间接测量元件.本实验 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的, 中使用的传感器是由压电陶瓷片构成的,其中一个是用来 产生机械振动并在空气中激发出超声波. 产生机械振动并在空气中激发出超声波.另一个用来接收 振动,同时电输出端产生相应的电信号. 振动,同时电输出端产生相应的电信号.
声速的测量
物理实验中心
实 验 目 的
1,学会用振幅法何位相法测定空气 , 中的声速 2,学习数字式函数发生器,示波器 ,学习数字式函数发生器, 的使用 3,了解声速测量的应用和发展 ,
目
录
一,声速的特点 二,声速的实验原理 三,声速的测量原理
1. 振幅法 2. 相位法
四,实验仪器
1.声速测量仪 1.声速测量仪 2.传感器 2.传感器 3.示波器 3.示波器 4.信号发生器 4.信号发生器
下一页
传感器内部结构
电输入或 输出端
压电陶瓷片
铝外壳
返回
示波器
返回
返回
四,实验内容及现象
1,谐振频率的调整 , 2,利用共振驻波法测量声速 , 3,利用行波法测量声速 , 4,利用李萨如图法测量声速 ,
1,谐振频率的调整
信号发生器: 信号发生器 20Vp-p 初始频率设置 初始频率设置 频率 39 kHz 示波器: 示波器: A 扫描模式 显示换能器接 显示换能器接 换能器 收端的 收端的信号 选择换能器接 选择换能器接 收端的信号作 收端的信号作 为触发源
,-空气分子的摩尔质 绝热系数, 摩尔气体常数 摩尔气体常数, 空气分子的摩尔质 绝热系数 量,T-绝对温度 绝对温度 下一页
由此可见, 有关, 由此可见,气体中的声速 v 和温度 T 有关,还与比热 有关,后两个因素与气体成分有关. 比 γ 及摩尔质量 有关,后两个因素与气体成分有关.因 根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量. 此,根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量. 在标准状态下,0 oC时,声速为 vo=331.45m/s,显 在标准状态下, 时 / , 然在 t oC时,干燥空气中声速的理论值应为 时
当改变换能器之间的距离时…… 当改变换能器之间的距离时
4,利用李萨如图法测量声速
保持刚才的接线,水平显示选择 保持刚才的接线,水平显示选择X-Y,当改变 , 换能器之间的距离时…… 换能器之间的距离时 返回
�
五,实验内容及现象 六,有关声波研究的应用和发展
一,声速的特点
频率在20～ 频率在 ～ 20000Hz的声振动在弹性媒质中所 的声振动在弹性媒质中所 激起的纵波称声波. 声波是一种机械波. 激起的纵波称声波 . 声波是一种机械波 . 频率超过 20000Hz的声波称为超声波 . 声波的频率, 波长, 速 的声波称为超声波. 声波的频率 , 波长 , 的声波称为超声波 相位等是声波的重要特性. 度,相位等是声波的重要特性. 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关,只 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关, 取决于空气本身的性质, 取决于空气本身的性质,因此有
改变信号发生器的频率时…… 改变信号发生器的频率时
2,利用振幅法测量声速
示波器: 示波器: 选择A 选择 扫 描模式 显示换能 显示换能 器接收端 的信号 选择换能 器接收端 的信号作 为触发源 改变换能器之间的距离时…… 改变换能器之间的距离时
3,利用行波法测量声速
示波器: 示波器: 选择A 选择 扫 描模式 同时显示 换能器接 收端和发 射端的两 射端的两 信号 选择换能 器发射端 的信号作 为触发源
x1 x2
l = λ = x2 x1
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李萨如图法
位相法的另一种测量方法是李萨如图法 当两路信号同时输入输入示波器时, 当两路信号同时输入输入示波器时,荧光屏上 将显示出两个同频率相互垂直的谐振动的叠加 图形—李 图形 李萨如图
φ2 φ1 =0
3 π π 3 π 7 π 2 π 5 π 4 2 4 4 2 4 两个同斜率直线所对应的传感器间距为一个波长 λ .
π
π
返回
三,实验仪器
本实验使用的仪器主要有: 本实验使用的仪器主要有 : 声 速测量仪, 函数发生器和示波器. 速测量仪, 函数发生器和示波器. 声速测量仪由 声速测量仪 由 : 超声压电陶瓷 换能器, 换能器,带有标尺的底座和读数装置 构成,用来作声压与电压之间的转换, 构成,用来作声压与电压之间的转换, 以及波长的测量. 以及波长的测量. 函数发生器用来产生超声波 用来产生超声波; 函数发生器用来产生超声波; 示波器用来观察超声波的振幅 用来观察超声波的振幅, 示波器 用来观察超声波的振幅 , 相位和频率. 相位和频率.
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行波法
将发射信号和接收信号同时输入到示波器, 将发射信号和接收信号同时输入到示波器 , 此 时示波器上同时显示的发送和接收电信号. 时示波器上同时显示的发送和接收电信号 . 当改变 两个换能器之间的距离时, 发送信号不变, 两个换能器之间的距离时 , 发送信号不变 , 而接收 电信号( 正弦波) 的幅值和位置均发生变化, 电信号 ( 正弦波 ) 的幅值和位置均发生变化 , 当接 收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时 接收器走过的距离,就是信号的波长. 接收器走过的距离,就是信号的波长.
273.15 + t v t = 331.45 273.15
由此我们也可以想象, 由此我们也可以想象,在极地和赤道声音传播的速度是 不同的 . 返回
二,实验原理
本实验是对超声波波速的测量. 测量声速最简单, 本实验是对超声波波速的测量 . 测量声速最简单 , 最有效的方法之一是利用声速v 最有效的方法之一是利用声速 ,振动频率 f 和波长 λ 之 间的基本关系, 间的基本关系,即