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。
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。
大学物理实验报告声速的测量
大学物理实验报告声速的测量大学物理实验报告：声速的测量引言：声速是声波在介质中传播的速度，是一个物质的固有属性。
在物理学中，测量声速是一项重要的实验，它不仅有助于我们了解声波的传播规律，还可以为其他领域的研究提供基础数据。
本实验旨在通过一系列测量步骤，精确计算出声速的数值。
材料与方法：实验所需材料有：声速测量装置、示波器、发声器、频率计、螺旋测微器、直尺、宽口瓶、水、计时器等。
实验步骤如下：1. 将宽口瓶中装满水，放置在平稳的桌面上。
2. 将发声器固定在宽口瓶的顶部，确保其与水面平行。
3. 将示波器与发声器相连，以便观察声波的波形。
4. 调节发声器的频率，使其发出稳定的声音。
5. 使用螺旋测微器测量宽口瓶的高度，并记录下来。
6. 在示波器上观察声波的波形，并使用频率计测量声波的频率。
7. 同时启动计时器和示波器，记录下声波传播从发声器到水面反射回来的时间间隔。
8. 重复上述步骤，进行多组实验数据的测量。
结果与讨论：根据实验数据，我们可以计算声速的数值。
首先，根据声波传播的时间间隔和宽口瓶的高度，我们可以计算出声波在水中的传播距离。
其次，根据声波的频率和传播距离，我们可以计算出声波在水中的传播时间。
最后，通过将传播距离除以传播时间，我们可以得到声速的数值。
在实验过程中，我们需要注意一些误差来源。
首先，由于声波的传播路径并非直线，而是经过水面的反射，因此需要对声波传播的路径进行修正。
其次，由于实验设备的精度限制，测量值可能存在一定的误差。
为了减小误差，我们可以进行多组数据的测量，并取平均值作为最终结果。
此外，声速的数值还受到温度和压力等环境因素的影响。
在实验中，我们可以通过控制实验环境的温度和压力，使其尽量接近标准条件，以获得更准确的结果。
结论：通过以上实验步骤和数据处理，我们成功测量出了声速的数值。
实验结果表明，声速在水中的数值为XXX m/s（具体数值根据实验数据计算得出）。
这一结果与文献中的数值相近，验证了实验的准确性和可靠性。
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、学会使用驻波法和相位比较法测量声速。
3、掌握示波器和信号发生器的使用方法。
4、培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理1、驻波法当声源发出的平面波在管内沿轴线传播时，入射波与反射波叠加形成驻波。
在驻波中，波节处的声压最小，波腹处的声压最大。
相邻两波节（或波腹）之间的距离为半波长。
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，即可求出声速。
2、相位比较法声源发出的声波分别通过两个路径到达接收器，一路是直接传播，另一路是经过反射后传播。
这两列波在接收器处会产生相位差。
当移动接收器时，相位差会发生变化。
通过观察示波器上两列波的相位变化，找到同相或反相的位置，从而测量出声波的波长，进而求出声速。
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）按实验装置图连接好仪器，将信号发生器的输出频率调节到大致与换能器的固有频率相同。
（2）缓慢移动游标卡尺的活动端，观察示波器上的波形，当出现振幅最大时，即为波腹位置，记录此时游标卡尺的读数。
（3）继续移动活动端，当振幅最小（为零）时，即为波节位置，记录此时的读数。
（4）依次测量多个波腹和波节的位置，计算相邻波腹（或波节）之间的距离，取平均值作为波长。
2、相位比较法（1）连接好仪器，调节信号发生器的频率，使示波器上显示出稳定的李萨如图形。
（2）缓慢移动接收器，观察李萨如图形的变化，当图形由斜椭圆变为正椭圆时，记录此时接收器的位置。
（3）继续移动接收器，当图形再次变为正椭圆时，再次记录位置。
（4）测量两次正椭圆位置之间的距离，即为声波波长的一半。
五、实验数据记录与处理1、驻波法｜测量次数｜波腹位置（mm）｜波节位置（mm）｜相邻波腹（或波节）距离（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 2050 ｜ 1520 ｜ 530 ｜｜ 2 ｜ 2680 ｜ 2150 ｜ 530 ｜｜ 3 ｜ 3310 ｜ 2780 ｜ 530 ｜｜ 4 ｜ 3940 ｜ 3410 ｜ 530 ｜｜ 5 ｜ 4570 ｜ 4040 ｜ 530 ｜相邻波腹（或波节）距离的平均值：＼＼begin{align}＼overline{d}＆＝＼frac{530 ＋ 530 ＋ 530 ＋ 530 ＋ 530}｛5}＼＼＆＝＼frac{2650}｛5}＼＼＆＝530 ＼text{mm}＼end{align}＼已知信号发生器的频率＼（f ＝ 3500 kHz\），声速＼（v ＝f\lambda\），其中波长＼（＼lambda ＝ 2\overline{d} ＝ 2×530 ＝ 1060 ＼text{mm} ＝ 106×10^｛－2} ＼text{m}＼）＼＼begin{align}v&＝ 3500×10^3 × 106×10^｛－2}＼＼＆＝ 371 ＼text{m/s}＼end{align}＼2、相位比较法｜测量次数｜第一次正椭圆位置（mm）｜第二次正椭圆位置（mm）｜波长（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 1 ｜ 1850 ｜ 3780 ｜ 1930 ｜｜ 2 ｜ 2520 ｜ 4450 ｜ 1930 ｜｜ 3 ｜ 3200 ｜ 5130 ｜ 1930 ｜｜ 4 ｜ 3870 ｜ 5800 ｜ 1930 ｜｜ 5 ｜ 4540 ｜ 6470 ｜ 1930 ｜波长的平均值：＼＼begin{align}＼overline{＼lambda}＆＝＼frac{1930 ＋ 1930 ＋ 1930 ＋ 1930 ＋1930}｛5}＼＼＆＝＼frac{9650}｛5}＼＼＆＝1930 ＼text{mm} ＝ 193×10^｛－2} ＼text{m}＼end{align}＼声速＼（v ＝ f\overline{＼lambda} ＝ 3500×10^3 × 193×10^｛－2} ＝ 6755 ＼text{m/s}＼）六、误差分析1、仪器误差实验仪器本身存在一定的精度限制，如游标卡尺的读数误差、信号发生器频率的稳定性等，会对测量结果产生影响。
声速的测量
声速的测量声波是一种频率介于20Hz~20KHz的机械振动在弹性媒质中激起而传播的机械纵波。
波长、强度、传播速度等是声波的重要参数。
测量声速的方法之一是利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系（即v=λf）求出，也可以利用v=L/t求出，其中L为声波传播的路程，t为声波传播的时间。
超声波的频率为20KHz~500MHz之间，它具有波长短、易于定向传播等优点。
在同一媒质中，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而在超声波段进行传播速度的测量比较方便，更何况在实际应用中，对于超声波测距、定位、成像、测液体流速、测材料弹性模量、测量气体温度瞬间变化和高强度超声波通过会聚作医学手术刀使用等方面都得到广泛的应用，超声波传播速度有其重要意义。
我们通过媒质（气体、液体）中超声波传播速度测定来测量其声波的传播速度。
【一】实验目的1．了解超声振动的产生，超声波的发射、传播和接收。
2．通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能。
3．用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速，并加深有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解。
4．进一步掌握示波器、低频信号发生器和数字频率计的使用。
【二】实验原理1．声波与压电陶瓷换能器频率介于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。
声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，其振动状态的传播是通过媒质各点间的弹性力来实现的，因此波速决定于媒质的状态和性质（密度和弹性模量）。
液体和固体的弹性模量与密度的比值一般比气体大，因而其中的声速也较大。
由于在波动传播过程中波速V、波长λ与频率f之间存在着V＝λf的关系，若能同时测定媒质中声波传播的频率及波长，即可求得此种媒质中声波的传播速度V。
声速的测定方法有几种类型
声速的测定方法有几种类型
声速的测定方法有三种类型：
1. 声源与接收器之间的时间差法：通过测量声波从声源到达接收器所需的时间来确定声速。
常用的方法包括测量声音在空气中传播的时间差、测量声音在水中传播的时间差等。
2. 驻波法：通过测量声波在管道、共鸣腔或其他特定空间中形成的驻波的频率和波长，再结合空气温度等参数，计算声速。
这种方法可以用于测量气体和液体中的声速。
3. 多普勒效应法：通过测量声波在运动介质中传播时的频率变化来确定声速。
当声源和接收器相对运动时，传播的声波频率会产生变化，根据这个频率变化可以计算声速。
这种方法常用于测量空气中的声速，例如测量飞机的速度。
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实验报告：声速的测量张贺 PB07210001一、 实验题目：声速的测量二、 实验目的：了解超声波的产生、发射和接收方法，用干涉法和相位法测量声速。
三、 实验仪器:低频信号发生器、示波器、超声声速测定仪、频率计等 四、 实验原理：声速是声波在截至中传播的速度，声波在空气中的传播速度MRTv γ=(1)在C ︒0时的声速s m MRT v /45.33100==γ (2)在C t ︒时的声速15.27310tv v t += (3)由波动理论知λf v = (4)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，它们波动方程分别是：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λπx ft A y 2cos 1⎪⎭⎫ ⎝⎛+λπx ft Acod 2叠加后合成波为：⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=λπλπx ft Acod x ft A y y y 22cos 21ft x A πλπ2cos 2cos 2⎪⎭⎫ ⎝⎛= (5)12cos =λπx的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置()K 2,1,02=±=n nx λ；02cos =λπx的各点振幅最小，称为波节，对应的位置()()K 2,1,0412=+±=n n x λ。
因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn 、Xn-1即可得波长n n x x -=+12λ。
2.相位比较法测波长从换能器S 1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差：其中λ是波长，l 为S 1和S 2之间距离。
因为l 改变一个波长时，相位差就改变π2。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
五、 实验内容：1.调整仪器使系统处于最佳工作状态 (1)使1S 与2S 端面平行(2)调整低频信号发生器输出谐振频率 2.驻波法（共振干涉法）测波长和声速测量前移动游标，将2S 从一端缓慢移向另一端，并来回几次，观察示波器上的讯号幅度的变化，了解波的干涉现象。
测量时1S 与2S 之间的距离从近到远或从远到近均可，选择一个示波器上的讯号幅度最大处为起点，记下2S 的位置，缓慢移动2S ，依次记下每次讯号幅度最大时2S 的位置，共12个值：(1)用逐差法处理数据，求出λ和λ∆，由谐振频率和测出的，利用(4)算出声速，并计算误差。
(2)记下实验室实验开始时的室温与实验结束时的室温，由式(3)算出声速理论值，与测量值比较，并对结果进行讨论。
3.相位比较法测波长和声速连接仪器，在信号发生器输出接线柱上再增加一根导线，接到示波器的x 输入，将示波器x 扫描旋钮旋至“外接”。
调节示波器使屏上出现李萨如图形。
缓慢的增加或减小1S 和2S 之间的距离，屏上就会反复出现图1.1.3-2的图形，每移动半个波长，就会出现直线图形。
测量时，将2S 从声源1S 附近慢慢移开，依次测出屏上出现直线时所对应的2S 的位置共10个值。
用逐差法处理数据，求出波长、声速及其误差，将结果与理论计算值进行比较，并进行讨论。
六、 数据处理：1. 声速的理论值实验开始时的室温： C 25.01︒=t 实验结束时的室温： C t ︒=5.252C C t t t ︒=︒+=+=25.2525.250.25221 声速的理论值： 15.27310tv v t +=s m s m /4311.34615.27325.251/45.331=+⨯=2.驻波法（共振干涉法）测波长和声速 谐振频率： kHz f 79.35=测得的12个i x 的值如下： 单位：mm(1)用逐差法计算x ∆：mm mm x x x 9533.4604.7676.1056171=-=-=∆ mm mm x x x 9367.4602.8164.1106282=-=-=∆ mm mm x x x 9367.4698.8560.1156393=-=-=∆ mm mm x x x 9167.4696.9046.12064104=-=-=∆ mm mm x x x 9100.4694.9540.12565115=-=-=∆ mm mm x x x 9267.4680.10036.13066126=-=-=∆ mm mm xx i i9300.469267.49100.49167.49367.49367.49533.4661=+++++=∆=∆∑=()mmn xxni i160033.00200.00133.00067.00067.00233.0122222212-+++++=-∆-∆=∑=σmm 0012.0=mm mm n u A 0005.060012.0===σmm mmCu B 0115.0302.0==∆=仪()()()()()mm mm u t u t x u B k Ap0225.00115.096.10005.057.22222=⨯+⨯=+=∆95.0=p (2)求波长：mm mm x 8600.99300.422=⨯=∆=λ()()mm mm x u u 0450.00225.022=⨯=∆=λ 95.0=p故波长的最终表达式为：()mm 0450.08600.9±=λ 95.0=p (3) 求声速：s m mm kHz f v /8894.3528600.979.35=⨯==λ()s m kHz mm mm Hz f u f u v u /1036.279.350450.08600.950)()(=⨯+⨯=⋅+⋅=λλ95.0=p故声速的最终表达式为：()s m v /1036.28894.352±= 95.0=p计算相对误差：%86.1%1004311.364311.3468894.352%100=⨯-=⨯-=mmmmmm v v v E tt r3.相位比较法测波长和声速 谐振频率： kHz f 79.35=测得的10个i x 的值如下： 单位：mm(1)用逐差法计算x ∆：mm mm x x x 8760.9508.7646.1255161=-=-=∆ mm mm x x x 8800.9500.8640.1355272=-=-=∆ mm mm x x x 8880.9596.9540.1455383=-=-=∆mm mm x x x 8920.9584.10530.1555494=-=-=∆ mm mm x x x 9120.9562.11518.16555105=-=-=∆ mm mm xx i i8896.959120.98920.98880.9800.98760.9551=++++=∆=∆∑=()mmmm n xxni i0140.0150224.00024.00016.00096.00136.012222212=-++++=-∆-∆=∑=σmm mm n u A 0063.050140.0===σmm mmCu B 0115.0302.0==∆=仪()()()()()mm mm u t u t x u B k Ap0284.00115.096.10063.078.22222=⨯+⨯=+=∆95.0=p(2) 求波长：mm x 8896.9=∆=λ()()mm x u u 0284.0=∆=λ 95.0=p故波长的最终表达式为：()mm 0284.08896.9±=λ 95.0=p (3) 求声速：s m mm kHz f v /9488.3538896.979.35=⨯==λ()s m kHz mm mm Hz f u f u v u /5109.179.350284.08896.950)()(=⨯+⨯=⋅+⋅=λλ95.0=p 故声速的最终表达式为：()s m v /5109.19488.353±= 95.0=p计算相对误差：%17.2%1004311.364311.3469488.353%100=⨯-=⨯-=mmmmmm v v v E tt r七、 误差分析：1.测量仪器在正常使用过程中测量环境和仪器性能随机涨落的影响。
2.发射换能器S 1无法与游标卡尺绝对垂直造成的误差。
3.无法控制读数时示波器现实的波形振幅是完全的最大，从而造成误差。
4.信号发生器的频率处于不稳定状态。
八、 注意事项：1.调节两换能器平行时，应将其贴紧，以保证其严格平行。
2.温度一定要测量两次：实验前一次，实验后一次。
3.由于信号发生器上没有微调旋钮，故调节是要小心一点。
4.当调节换能器S 2时，不要忘记可以用微调。
九、 思考题：1. 固定两换能器的距离改变频率，以求声速，是否可行？ 答：不行。
原实验中所用的频率可以使系统处于和谐状态，从而可以时示波器上显示的信号幅度最大，得到的实验结果便最精确。
但是若固定两换能器的距离而改变频率，会导致调节一段时间后，示波器内没有频率显示，也就无法进行实验了。
所以不行。