超声波测声速
实验24超声波声速的测量
实验24 超声波声速的测量[实验目的]1．学习用共振干涉法和相位比较法测量超声波的波速。
2．加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。
3．了解压电陶瓷换能器的工作原理。
4．培养综合运用仪器的能力。
[实验原理]本实验中，声波频率f 可由信号发生器直接读出，我们只要测出声波波长λ ，就可以由公式ν = f λ 可求出声速ν 。
测量λ 的常用方法有共振干涉法和相位比较法。
一、共振干涉法（驻波法）实验装置如图24-1所示，S 1 和S 2 是两只相同的压电陶瓷超声换能器。
将正弦电压信号接入换能器S 1 ，S 1 将发射出平面超声波。
换能器S 2 接收到超声波信号后，将它转变为正弦电压信号，接入示波器进行观察。
换能器S 2 在接收超声波的同时，还反射一部分超声波。
当S 1 和S 2 端面之间距离x ，恰好等于超声波半波长的整数倍时，即：2λ⋅=n x ),2,1( =n （24-1）在S 1 和S 2 之间的区域内将因干涉而形成驻波。
由于波节两侧质点的振动反相，所以在纵波产生的驻波中，波节处介质的疏密变化最大，声压最大，转变为电信号时，将会有幅值最大的电信号。
本实验中S 1 为波节，固定S 1 ，连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，每当x 满足（24-1）式时，示波器将显示出幅值最大的电压信号，记录这些波节（S 2）的坐标，则两个相邻波节之差即为半波长。
二、相位比较法实验装置如图24-1所示，S 1 发出的超声信号经空气传播到达接收器S 2 ，S 2 接收的信号与S 1 发射的信号之间存在相位差Δφx λπϕ2=∆ （24-2）本实验中，把S 1 发出的信号直接引入示波器的水平输入，并将S 2 接收的信号引入示波器垂直输入。
这样，对于确定的间距x ，示波器上将有两个同频率、振动方向相互垂直、相位差恒定的两个振动进行合成，从而形成李萨如图形。
连续移动S 2 ，增大S 2 与S 1 的间距x ，可使相位差变化。
超声波在声速测量中的应用技巧
超声波在声速测量中的应用技巧超声波是一种频率高于人耳能听到的声音的声波，其在声速测量中有着广泛的应用。
由于其传输速度快、穿透能力强等特点，超声波在工业、医学等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍超声波在声速测量中的应用技巧，并分析其优势和限制。
一、超声波测量原理声速是声波在介质中传播的速度，测量声速可以用来判断介质的性质和确定其中可能存在的缺陷。
超声波的测量原理基于声波在介质中传播的时间和传播路径之间的关系。
当超声波穿过介质时，会遇到不同的界面，其中包括液体-固体、固体-气体等。
根据声波传播的路径和时间，可以通过计算来确定声速的值。
二、超声波测量仪器与技术超声波测量声速通常需要使用专门的仪器和技术。
以下是几种常见的超声波测量仪器和技术：1. 超声波测流仪超声波测流仪是一种利用超声波测量流速的仪器。
它通过将超声波发送至流体中，观察超声波在流体中传播的时间和路径变化，从而计算出流速。
测流仪通常由传感器、控制器和显示器组成，可以用于工业生产和水利工程等领域。
2. 超声波测厚仪超声波测厚仪是一种用于测量物体厚度的仪器。
通过发送超声波脉冲至物体表面，测量超声波从发送到返回所需的时间，从而计算出物体的厚度。
超声波测厚仪广泛应用于金属加工、船舶建造和材料检测等领域。
3. 超声波检测技术超声波检测技术是一种利用超声波测量材料内部缺陷或异物的方法。
它通过发送超声波至待检测物体内部，通过接收和分析超声波的返回信号，可以检测到材料中的缺陷、裂纹和杂质等。
超声波检测技术广泛用于工程结构、医学影像和制造业等领域。
三、超声波测量的优势与限制超声波声速测量具有以下几个优势：1. 非接触测量：超声波测量无需与测量介质进行接触，可以在不破坏样品的情况下进行测量，具有较好的安全性和可靠性。
2. 高精度测量：超声波测量具有良好的测量精度，对于一些需要高精度测量的应用场景，超声波可以满足需求。
3. 广泛适用性：超声波测量可以应用于多种介质，包括液体、固体和气体等，适用性广泛。
测量超声波的声速实验步骤
测量超声波的声速实验步骤超声波是一种频率高于人类听力范围的声波。
测量超声波的声速是一个重要的实验，有助于了解超声波在介质中的传播速度，对于医学、工程和科研领域都有重要的应用。
下面将介绍测量超声波的声速的实验步骤。
实验材料和仪器:1. 超声波发生器2. 超声波探头3. 示波器4. 信号发生器5. 高频计数器6. 直尺7. 液体容器8. 水实验步骤:步骤一：准备工作1. 将液体容器放在水平台上，加入适量的水。
2. 将超声波探头插入液体容器中，确保探头与水平台保持垂直。
3. 将示波器、信号发生器和高频计数器连接好。
步骤二：调试仪器1. 打开超声波发生器和示波器，调节信号发生器的频率，使其与超声波发生器的频率匹配。
2. 调节示波器的垂直和水平放大倍数，使波形清晰可见。
3. 调节高频计数器的参数，以便精确测量超声波的频率。
步骤三：测量声速1. 在示波器上观察超声波的波形，并记录波长。
2. 用直尺测量液体容器中超声波的传播距离。
3. 利用测得的波长和传播距离，计算超声波的声速。
步骤四：重复实验1. 重复步骤三的测量过程，至少进行三次测量，以提高数据的准确性和可靠性。
2. 计算多次测量结果的平均值，作为最终的测量结果。
注意事项：1. 在进行实验前，确保仪器的连接正确并且工作正常。
2. 在调试仪器时，注意调节参数的精确性，以保证测量结果的准确性。
3. 在测量声速时，要保持液体容器的水平和超声波探头的垂直，以避免测量误差。
4. 建议使用多次测量的平均值作为最终结果，以提高数据的可靠性。
通过以上步骤，我们可以进行测量超声波的声速实验。
这个实验可以帮助我们了解超声波在介质中的传播速度，对于医学、工程和科研领域的应用有着重要的意义。
实验过程中需要注意仪器的准确调试和数据的准确记录，以确保实验结果的可靠性。
同时，也可以通过多次测量取平均值的方式来提高数据的准确性。
超声声速的测量
超声声速的测量超声声速的测量方法超声声速是指声波在介质中传播的速度。
它是物理学中的一个重要概念，可以用于诸多领域的研究和应用，例如材料科学、地质学、医学等。
本文将介绍超声声速的测量方法。
超声声速的测量可以通过多种方法实现。
其中最常用的方法是利用超声波在介质中传播的速度和距离之间的关系来确定声速。
以下将介绍几种常见的测量方法。
1. 超声贴片法超声贴片法是一种简单而有效的测量超声声速的方法。
它的原理是利用超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，在被测介质的表面上粘贴一个超声贴片。
然后，通过超声波发射器发射出一个短脉冲的声波。
当声波到达贴片后，会被贴片吸收并产生一个信号。
利用超声信号的传播时间和贴片距离之间的关系，可以计算出超声波在介质中传播的速度。
2. 超声探头法超声探头法是一种常用的测量超声声速的方法之一。
它的原理是通过超声探头接收并测量超声波在介质中传播的时间来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声探头置于被测介质中。
然后，通过超声波发射器向介质中发射一个短脉冲的声波。
超声波在介质中传播一段时间后，会被超声探头接收到。
利用超声信号的传播时间和已知的探头距离，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
3. 超声衍射法超声衍射法是一种基于声波衍射现象的测量超声声速的方法。
它的原理是通过测量超声波在介质中的衍射角度来计算声速。
具体步骤如下：首先，将超声波垂直地照射到被测介质上的一个缝隙或孔洞处。
在介质内，超声波遇到缝隙或孔洞会发生衍射现象。
测量衍射角度，再利用声学原理中的衍射公式，可以计算出超声波在介质中的传播速度。
需要注意的是，在进行超声声速的测量时，应该选择合适的设备和方法，严格按照操作规程进行操作。
另外，还要考虑到介质的性质和特点，以保证测量结果的准确性。
总结起来，超声声速的测量方法主要包括超声贴片法、超声探头法和超声衍射法。
这些方法既简单又有效，能够在不同领域中广泛应用。
通过准确测量超声声速，我们可以深入了解介质的特性，并且为相关领域的研究和应用提供科学依据。
超声波测声速
超声波测声速实验简介：在弹性介质中，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz之间。
超声波的传播速度，就是声波的传播速度。
超声波具有波长短，易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。
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。
例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。
本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子实验原理：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。
下图是超声波测声速实验装置图。
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：叠加后合成波为：的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、X n-1即可得波长。
相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：其中λ是波长，x为S1和S2之间距离)。
因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
不同ϕ 的李萨如图实验内容：1．调整仪器使系统处于最佳工作状态，换能器共振频率约为35KHz。
2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。
注意事项1．确保换能器S1和S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致实验仪器：本实验的主要仪器有：示波器、信号发生器和声速仪，实验室中的真实仪器如下图所示。
测定声速的超声波测距实验
测定声速的超声波测距实验引言：声音是一种机械波，是由震源振动产生的，在频率范围内可被人类的耳朵所听到。
超声波是指频率高于20kHz的声波，它在物理学和工程领域有着广泛的应用。
测定声速是超声波应用的一个重要方面，可以用于材料检测、医学诊断等领域。
本文将详细解读测定声速的超声波测距实验，包括实验原理、实验准备、实验过程以及实验的应用和其他专业性角度。
实验原理：声速是指声波在介质中传播的速度，它与介质的物理性质相关。
声波经过一定的距离传播所用的时间与声速密切相关。
超声波测距实验利用声波传播速度与距离之间的关系来测定声速。
实验准备：1. 超声发生器：产生频率高于20kHz的超声波。
2. 超声接收器：接收超声波信号，并将其转化为电信号。
3. 示波器：连接超声接收器，并能显示电信号的波形。
4. 音速测量工具：如计时器。
5. 介质样品：用来传播声波的介质，可以是液体、固体或气体。
实验过程：1. 准备工作：a. 将超声发生器连接到电源，设置适当的频率。
b. 将超声接收器连接到示波器。
c. 将示波器连接到计时器，以测量声波传播时间。
d. 将介质样品放置在声波传播路径上。
2. 校准实验：a. 将超声波从超声发生器发送到超声接收器，并通过示波器观察到声波的波形。
b. 根据示波器上观察到的波形，确定声波的传播时间。
c. 测量声波从发生器到接收器所经过的距离，可以使用标尺或测距仪。
d. 计算声波在所选介质中的传播速度。
3. 测定声速：a. 将介质样品更换为待测介质，重复步骤2，测量声波在待测介质中的传播时间和距离。
b. 根据测得的传播时间和距离计算声波在待测介质中的传播速度。
实验应用：测定声速的超声波测距实验在材料检测、医学诊断等领域有广泛应用。
1. 材料检测：a. 超声波可以穿透材料并反射回来，通过测量反射时间和距离可以确定材料中的缺陷或材料性质。
b. 通过测定声速，可以计算材料的密度、弹性模量等物理特性。
2. 医学诊断：a. 超声波可以用于医学成像，例如超声心动图和超声检查。
测量超声波的声速实验步骤
测量超声波的声速实验步骤超声波是一种频率高于人耳听觉范围的声波，其在医学、工程等领域有着广泛的应用。
测量超声波的声速是一个基础实验，下面将介绍一种常用的测量方法及实验步骤。
实验器材：1. 超声波发生器2. 超声波接收器3. 示波器4. 计时器5. 信号发生器6. 直尺7. 液体容器8. 温度计实验步骤：1. 准备工作：a. 将超声波发生器和超声波接收器连接好，并连接到示波器上。
b. 将信号发生器连接到示波器上，用于提供测量超声波传播时间的参考信号。
c. 将计时器准备好，用于测量超声波传播时间。
d. 准备一个液体容器，并在容器底部放置一个标尺，用于测量超声波传播距离。
e. 使用温度计测量液体的温度，并记录下来。
2. 调试仪器：a. 打开超声波发生器和接收器，调节示波器的垂直和水平位置，使得波形清晰可见。
b. 调节信号发生器的频率和幅度，使得示波器上的参考信号适合测量。
c. 确保计时器的计时功能正常，并校准好计时误差。
3. 测量超声波传播时间：a. 将液体注入容器中，使其深度超过超声波发生器和接收器的位置，确保超声波能够在液体中传播。
b. 将超声波发生器放置在容器底部，并将超声波接收器放置在容器的另一侧。
c. 打开超声波发生器和接收器，开始测量。
d. 同时按下计时器的计时按钮和示波器上的触发按钮，记录下超声波传播的时间。
4. 测量超声波传播距离：a. 使用直尺测量液体容器的底部到超声波发生器和接收器的距离，并记录下来。
b. 注意在测量时要保持液体的温度不变，因为声速与温度有关。
5. 数据处理：a. 根据测量的超声波传播时间和距离，可以计算出超声波的传播速度。
b. 使用公式：声速 = 传播距离 / 传播时间，计算出超声波的声速。
c. 注意在计算时要将传播距离转换为国际单位制（米），传播时间转换为秒。
6. 实验注意事项：a. 在测量过程中要保持液体的稳定，避免液体的晃动和波动对测量结果的影响。
b. 注意控制液体的温度，因为声速与温度有关，温度的变化会影响测量结果的准确性。
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。
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超声波测声速声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。
例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
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.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。
[实验目的]1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用3.练习使用逐差法处理数据[实验仪器]声速测定组合仪,信号发生器,示波器声速测量仪：由发射器、接收器、游标卡尺组成。
当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。
可移动的接收器，将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。
接收器的位置由游标卡尺读数确定。
图1. 声速测量仪使用方法：左击或右击换能器，可以改变换能器面与水平方向的夹角。
按下右边换能器的拖动，可以改变两个换能器之间的的距离。
点击或按下窗体中上部的微调按钮，可以缓慢改变两个换能器之间的距离。
信号发生器：图2. 信号发生器它是一种多功能信号发生器，可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号，信号频率范围为10Hz—2000kHz，既可分档调节，又可连续调节。
信号幅度可连续调节。
1．频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。
2．幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。
3．输出波形，对称性调节旋钮（SYM）：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。
当电位器处在关闭或者中心位置时，则输出对称信号。
输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180︒。
（仿真实验中使用方法：右键单击进行顺时针旋转，左键打击进行逆时针旋转。
）4．速率调节旋钮（WIDTH）：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。
在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。
5．扫描宽度调节旋钮（RATE）：调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。
在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。
6．外部输入插座（INPUT）：当“扫描/计数键”（13）功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。
7． TTL信号输出端（TTL OUT）：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600Ω。
8．函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20Vp–p（1MΩ负载）,10Vp–p (50Ω负载)。
9．函数信号输出幅度调节旋钮（AMPL）：调节范围20dB。
（仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。
）10．函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮（OFFSET）：调节范围：–5V～+5V（50 负载），当电位器处在中心位置时，则为0电平，由信号电平设定器选定输出信号所携带的直流电平。
11．函数信号输出幅度衰减开关（ATT）：“20dB”“40dB”键均不按下，输出信号不经衰减，直接输出到插座口。
“20dB”“40dB”键分别按下，则可选择20dB或40dB 衰减。
12．函数输出波形选择按钮：可选择正弦波、三角波、脉冲波输出。
（仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换）13．“扫描/计数”按钮：可选择多种扫描方式和外测频方式。
14．频率范围细调旋钮：调节此旋钮可改变1个频程内的频率范围。
（仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。
）15．频率范围选择按钮：调节此旋钮可改变输出频率的1个频程，共有7 个频程。
（）仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换16．整机电源开关：此按键揿下时，机内电源接通，整机工作。
此键释放为关掉整机电源。
（仿真实验中使用方法：左键打击进行打开和关闭切换。
）示波器：图3. 示波器有关知识参看示波器的原理和使用。
[实验原理]声波的传播速度v 与声波频率f 及波长λ的关系为v f λ=⋅ （1）测出声波的频率和波长，就可以求出声速，其中超声波的频率可从信号发生器中的频率显示读出，超声波的波长可用相位法测出。
产生和接收超声波是用超声波传感器，其中的压电陶瓷晶片是传感器的核心，声速测量仪的发射器和接收器都是超声波传感器。
当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。
可移动的压电超声波接收器，由于压电晶片的正压电效应，将接收的声振动转化为电振动信号。
本实验中压电陶瓷晶片的固有频率为40kHz,当正弦电压信号的频率调节到40kHz 时，传感器发生共振，输出的超声波能量最大。
在40kHz 附近微调外加电信号的频率，当接收传感器输出的电信号幅度达到最大时，可以判断电信号与发射传感器已达到共振。
沿着的波传播方向上的任何两个相位差为2π的整数倍的位置之间的距离等于波长的整数倍，即(l n n λ=为正整数）。
沿传播方向移动接收器，总可以找到一个位置使得接收器的信号与发射器的激励信号同相，继续移动接收器，接收的信号再一次和发射器的激励信号同相时，移过的这段距离必然等于超声波的波长。
为了判断相位差，可根据两个相互垂直的简谐振动的合成所得到的李萨如图形来测定。
将正弦电压信号加在发射器上的同时接入示波器的X 输入端，将接收器接收到的电振动信号接到示波器的Y 输入端，根据振动和波的理论,设发射器S1处的声振动方程为11cos()x A t ωϕ=+ (2)若声波在空气中的波长为λ,则声波沿波线传到接收器S2处的声振动方程为))(21cos()cos(12222λπϕωϕωx x t A t A x --+=+= (3)S1处和S2处的声振动的相位差为 λ-π-=ϕ-ϕ=ϕ∆)(21212x x (4)负号表示S2处的相位比S1处落后,其值决定于发射器与接收器之间的距离)(12x x -。
示波器Y 轴和X 轴的输入信号是两个频率相同而有一定相位差的正弦波，而荧光屏上光点的运动则是频率相同、振动方向相互垂直的两个简谐振动的合运动，合运动的轨迹方程为22212212212122cos()sin ()x y xy A A A A ϕϕϕϕ+--=- （5）该方程是椭圆方程，椭圆的图形由相位差决定。
图4给出了相位差从0到2π之间几个特殊值的图形。
假如初始时图形如(a)图；接收器移动距离为半波长2λ时，图形变化为（c ），接收器移动距离为一个波长λ时，图形变化为（e ），所以通过对李萨如图形的观测，就能确定声波的波长。
在两个信号同相或反相时声速的理论值由下式决定t v = （6）式中，γ为空气定压比热容与定容比热容之比，R 为摩尔气体常数，μ为气体的摩尔质量，T 为绝对温度。
在0ºC 时，声速0331.45/v m s =，显然在t ºC 时声速的理论计算公式应为 t v v v ==（7）[仪器说明]超声波的发射和接收都需要换能器,换能器的作用是将其它形式的能量转换成超声波的能量（发射换能器）或将超声波的能量转换为其它可以检测的能量（接收换能器）.最常用的是压电换能器.压电晶体或压电陶瓷等压电材料受到应力的作用时会在材料内产生电场,称为压电效应.压电换能器接收超声波信号,使之转换为电信号,从而将机械能转换为电能,就是利用压电效应的原理.当超声波频率与系统固有频率一致时,电信号最强.压电材料在交变电场的作用下会周期性的压缩和伸长,当外加电场的频率和压电体固有频率相同时振幅最大.发射换能器利用逆压电效应就可以将电能转换成超声振动能,在周围媒质中激发超声波.压电换能器在声、电转换过程中信号频率保持不变.[实验内容]1.连接及调试声速测量系统按图5连接信号源、声速测试仪及示波器,接通仪器电源,使仪器预热15分钟左右.观察1S 和2S 是否平行.2.谐振频率的调节根据测量要求初步调节好示波器.将信号源输出的正弦信号频率调节到换能器的谐振频率,以使换能器发射出较强的超声波,能较好地进行声能与电能的相互转换,已得到较好的实验效果,方法如下：（1）将测试方式设置到连续方式,按下CH1开关,调解示波器,能清楚地观察到同步的正弦信号.（2）调解信号源上的“发射强度”旋钮,使其输出电压在20Vp-p 左右,将1S 和2S 靠近,按下CH2开关 ,调整信号频率,观察接收波的电压幅度变化,在某一频率点处（34.5 kHz ～39.5kHz 之间,因不同的换能器或介质而异）电压幅度最大, 改变1S 、2S 的距离,使示波器的正弦波振幅最大,再次调节正弦信号频率,直至示波器显示的正弦波振幅达到最大值,此频率即是压电换能器1S 、2S 相匹配的频率点, 记录此频率f .3.相位比较法测声速（1）调节2S 靠近1S 但不能接触.由近而远改变2S 的位置,观察示波器,记录相继出现10个振幅极大值所对应的各接收面的位置i x (i =0,1,2,……,10).（2）将示波器打到X —Y 显示方式,适当调节示波器,出现李萨如图形.（3）移动2S 并观察示波器上李萨如图形的变化,选择图形为某一方向的斜线时的位置为测量的起点,连续记录12组图形为相同方向斜线时2S 的位置i x '(i =0,1,2,……,9).（4）用逐差法处理数据,求出波长λ. [数据记录与处理]1.根据下表记录所有的实验数据并用逐差法计算波长λ.表1信号发生器 图5 声速测量仪示意图2.计算出测量的声速v ,并写出测量结果.[注意事项]1.示波器电源打开后可连续使用,不要时开时关,以免对仪器造成损害,暂时不用时可将辉度调暗.辉度过大时对荧光屏寿命有影响.2.1S 、2S 两端面应平行;信号源电源打开后1S 与2S 不准接触.3.注意换能器系统的谐振频率的调节,先粗调后细调,调好后不可再改变,否则就必须重新测量数据.4.测量波长时,注意在振幅最大或直线状态进行测读;读数时应预先估测波形最大或重合的位置,精细调节,不可来回旋转鼓轮,避免回程误差.5.由于声波在传播过程中有能量损失,因而随着接收端面2S 逐渐远离发射端面1S 时,驻波的振幅也是逐渐衰减的,但并不改变波腹、波节的位置,因而,不影响对波长的测量.只是注意每次移动接收器时,一定要移到各个幅度为相对最大处,停止移动后再读数.[思考题]1.为什么发射换能器的发射面与接收换能器的接收面要保持互相平行？2.本实验为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？如何调节和判断系统是否处于谐振状态？3.在相位比较法中,调节哪些旋钮可改变直线的斜率？调解哪些旋钮可改变李萨如图形的形状？4.采用逐差法处理数据的优点是什么？。