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。
简述测定声速的步骤
简述测定声速的步骤
测定声速的步骤可以概括为以下几个:
1. 准备仪器和材料：根据需要选择合适的声速测定仪器和材料，例如共振干涉法测波长、超声波发射器、水缸等。
2. 调节仪器：根据测量要求，调节好仪器的参数和工作状态，例如示波器、超声波频率等。
3. 确定波长：使用共振干涉法测波长仪器，通过调节谐振频率，使仪器发出较强的超声波，然后测量超声波传播的距离，计算出波长。
4. 测量声速：根据波长和声速的关系，测量出空气中的声速或水中的声速，一般采用同时放光 (或烟雾) 和声音的方法。
5. 数据处理：将测量得到的声速值进行处理和计算，得到准确的声速值。
需要注意的是，声速的测量需要选择合适的仪器和方法，并严格按照实验要求进行操作，以保证测量结果的准确性和可靠性。
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。
测量声速用什么方法
测量声速用什么方法
测量声速的常用方法包括：
1. 时间差法：通过测量声波在两个不同位置之间传播的时间差来计算声速。
在实际测量中，可以通过发射一个短声波脉冲，然后在接收到回声信号时计时，从而测得声波在空间中的传播时间。
2. 重叠法：利用两个或多个声源在同一时刻发出声波，并在另一位置同时接收到这些声波，通过测量声波在空间中的传播距离以及时间差，来计算声速。
3. 多普勒效应法：利用多普勒效应，即声源和接收器之间的相对运动引起的频率变化，来测量声速。
通过测量声波频率的变化，可以计算出声速。
4. 共振法：通过声波在介质中的传播速度与介质本身的声速之间的关系，来测量声速。
具体方法包括毕奥-萨伊法、共振腔法等。
5. 插播法：在声速已知的介质中插播一定长度的空气柱，通过测量声波在空气柱中的传播时间和空气柱长度，来计算出声速。
不同的测量方法适用于不同的场景和要求，可以选择合适的方法来进行声速的测量。
简述测定声速的步骤
简述测定声速的步骤
测定声速是一种常见的物理实验，可用于研究声波在不同介质中的传播特性。
测定声速的步骤如下：
1. 实验准备：首先，需要准备一个声音源，如扬声器或发声器。
然后，选择一个测量声音传播距离的装置，如直尺或测距仪。
最后，选择一个计时设备，如秒表或计算机程序。
2. 设置实验装置：将声音源放置在一个开放的区域中，远离任何会产生噪音的物体。
确保声音源与测量装置之间没有任何障碍物。
3. 测量传播距离：将测量装置放置在声音源的近旁，然后测量声音传播到测量装置的距离。
确保准确测量声音传播距离的方法，以获得准确的结果。
4. 发出声音：打开声音源，使其发出声音。
确保声音源产生的声音稳定且具有一定的频率。
此时，声音波将从声音源传播到测量装置。
5. 计时：开始计时器，并在声音波到达测量装置时停止计时。
记录计时器的时间。
重复这个步骤多次，以获得更准确的结果。
6. 计算声速：根据已知的传播距离和测得的时间，计算声音的传播
速度。
声速（v）可以通过公式 v = d/t 来计算，其中d是传播距离，t是声音传播所用的时间。
拓展：在实际测量中，还需要考虑一些误差因素，如温度、湿度、空气压力等。
这些因素会对声波的传播速度产生影响。
因此，在进行测定声速的实验时，需要确保环境条件的稳定，并进行适当的校正和修正，以提高测量结果的准确性。
此外，声速的测量也可以应用于其他领域，如地震学、材料科学等，以研究不同介质中声波的传播特性。
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。
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超声声速测量预习提纲
1、实验任务：
（1）用相位法、共振法测空气中的声速；（必做）
（2）用时差法测空气中的声速； （选做）
2、实验原理：
（1）压电陶瓷换能器如何进行工作的？ （2）驻波如何形成？
（3）三种测量方法的主要实验原理如何？ （4）i x ∆是半个波长还是一个波长？
（5）如何利用逐差法计算波长？（2
5
x λ=∆，测10个数据用逐差法进行处
理）
3、操作规范：
（1）为什么要进行谐振频率调节？如何调？ （2）如何理解示波器上的的直线、椭圆图形？ （3）如何避免回程差？
（4）时差法中如何调节使接收波信号幅度始终保持一致？ （5）如何正确使用示波器？
4、数据处理：
（1）逐差法是采用逐项逐差还是隔项逐差； （2）如何设计表格及必要数据的具体计算过程；
（3）为什么时差法中延迟时间1i i t t --必需是三位有效数？
5、结果讨论和误差分析：（本次实验项目的重点）。
（1）二种或三种测量方法的优劣比较，定量分析引起误差的原因；
（2）百分差一般控制在5%以内。
超声声速测量数据记录表格设计提示
实验数据及结果：
1、共振干涉法： 温度：t= ± 0C 谐振频率：f = ± H
2、相位比较法：(参照共振干涉法)
数据处理：
1、 共振干涉法：
5,i i i x x +∆=-
()5i i i x x x +∆-∆=∆===仪
x S m
∆=
=---
x m ∆∆==---
2
5x m λ∆∆=⨯∆=--- 15
i
x x m ∆=⨯∑∆=--
2
5
x m
λ=∆=--
2
5
x m λ∆∆=⨯∆=--
m
V f S
==--V m f S
λ∆=∆=--
()
V m
V V S =±∆=--±--
()
331.45S m m
V V S S ===--
100%%V V
V
E ∆⨯=--=
100%%S
S
V V
V E P -⨯=--= 2、相位比较法： 计算过程同上
3、时差法：
3
0.01510L m -∆∆==⨯ 同理:6
0.510t
s -∆∆=⨯ L
m V S t
∆==--∆
V m V S ∆==--
()
V m
V V S =±∆=--±--
100%V
V E V
∆=⨯
100%S
P S
V V E V -=⨯
误 差 分 析 举 例
结果讨论及定性分析：
1、从百分差中可知，共振干涉法的误差最大，其次是相位比较法，最小是时差法。
共振干涉法的误差最大原因：主要是每次观察正弦波波峰最大时容易出现误差，而相位比较法用里萨尔图形的斜率正、负直线观察出现误差较小，而时差法误差最小，其实验原理决定了该实验方法的误差。
2、在调节谐振频率时，由于信号源稳定性较差，开始时的谐振频率跟实验结束时的谐振频率有变化，变小，存在系统误差。
3、声速测量仪存在一定的回程差，所以在调节时一定要朝同方向调节，尽量避免回程差。
结果讨论及定量分析： 测得谐振频率：
137018Z f H = 237016Z f H = 337015Z f H = 437013Z f H =
537011Z f H =
37015Z f H =
测得波长：
319.5410m
λ-=⨯329.5810m
λ-=⨯329.4010m λ-=⨯329.5410m
λ-=⨯329.4610m λ-=⨯ 39.50410m λ-=⨯
定量分析一：
测得超声声速：3370159.50410351.8(/)V f m s λ-=⨯=⨯⨯= 取谐振频率：137011Z f H = 波长：39.50410m -=⨯ 可得：31370119.50410351.8(/)f V f m s λ-=⨯=⨯⨯=
取谐振频率：37015Z f H = 波长：319.4010m λ-=⨯ 可得：31370159.4010347.9(/)V f m s λλ-=⨯=⨯⨯=
（谐振频率变化）351.8351.8
100100351.8
%%0%f
V V V
E
Pf
--=
⨯=
=
（波长变化）351.8347.9
100100351.8
%% 1.1%V V
V E P λλ--=
⨯==
定量分析二：
从不确定度传递公式来考虑：
V V V λ
λ∆∆=≅
从不确定度传递公式可知：谐振频率的相对不确定度跟波长的相对不确定度
相比，大大小于波长的相对不确定度，速度的不确定度主要取决于波长的相对不确定度，而谐振频率的相对不确定度可以忽略不计。
（具体数据代入计算，定量分析误差过程由学生处理）
从上误差定量分析可得：该实验谐振频率变化引起误差对超声声速的测量结果影响可以忽略不计，而波长变化引起误差比谐振频率变化所引起的误差对
超声声速测量结果的影响大得多，不可以忽略不计。
从而可知该实验结果产生误差的主要原因来自超声声速波长的精确测定，也可以把谐振频率作为常数来进行数据处理。