大学物理仿真实验实验报告超声波测声速
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，并掌握相关的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 20kHz 的机械波。
在本实验中，我们利用超声波的反射和接收来测量声速。
当超声波在介质中传播时，如果遇到障碍物，会发生反射。
我们通过发射超声波，并测量发射与接收之间的时间间隔，以及超声波传播的距离，就可以计算出声速。
声速的计算公式为：＄v ＝＼frac{2L}｛t}＄，其中$v$表示声速，＄L$表示传播距离，＄t$表示时间间隔。
三、实验仪器1、超声波发射接收仪2、示波器3、游标卡尺4、反射板四、实验步骤1、仪器调试将超声波发射接收仪和示波器连接好，打开电源，调整示波器的参数，使显示的波形清晰稳定。
用游标卡尺测量反射板与发射探头之间的距离$L$，并记录。
2、数据测量启动超声波发射接收仪，发射超声波，并在示波器上观察接收信号。
记录发射与接收信号之间的时间间隔$t$，重复测量多次，以减小误差。
3、改变距离测量改变反射板与发射探头之间的距离，每次增加一定的量，重复步骤2 进行测量。
4、数据记录将测量得到的距离$L$和时间间隔$t$记录在表格中。
五、实验数据｜距离$L$（cm）｜时间间隔$t$（μs）｜｜：：｜：：｜｜ 500 ｜ 300 ｜｜ 1000 ｜ 600 ｜｜ 1500 ｜ 900 ｜｜ 2000 ｜ 1200 ｜｜ 2500 ｜ 1500 ｜六、数据处理1、根据声速的计算公式$v ＝＼frac{2L}｛t}＄，计算出每次测量的声速值。
2、计算声速的平均值和标准偏差，以评估测量结果的准确性和可靠性。
七、实验结果与分析1、计算得到的声速平均值为_____m/s，标准偏差为_____m/s。
2、与理论值进行比较，分析误差产生的原因。
可能的原因包括：测量距离时的误差，游标卡尺的读数存在一定的误差。
测量时间间隔时的误差，示波器的分辨率和读数可能存在误差。
大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速之欧阳道创编
大学物理仿真实验实验报告试验日期：实验者：班级：学号：超声波测声速一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：( n =0,1,2,3……)的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：( n =0,1,2,3……)二实验仪器1）声速的测量实验仪器包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器2）超声声速测定仪主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3）函数信号发生器提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4）示波器示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。
并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
三实验内容1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
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f 0保持一致。
三 数据记录与处理1．基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2． 驻波法测量声速表1 驻波法测量声速数据λ的平均值：==∑=161i i λλ 1.0585（cm ）λ的不确定度：)1()(612--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪=0.02mm所以，＝仪∆=332λu 0.000544（cm ）=+=22λλλσu S 0.021（mm ） 计算声速：50.354==λυf （m/s ）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=0.8%3． 相位比较法测量声速表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π）λ的平均值：==∑=17i i λλ 1.1041（cm ）λ的不确定度：)1()(712--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+7-1i ) /7，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪∆=372λu 0.000233（cm ）=+=22λλλσu S 0.020（mm ） 计算声速：31.353==λυf （m/s ） 计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（353±3）m/s ，B=0.8%四实验结论1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s五实验思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。
超声波波速的测量实验报告
超声波波速的测量实验报告篇一：超声波测量声速---大学物理仿真实验报告超声波测光速---仿真实验报告实验日期：教师审批签字：实验人：审批日期：一、实验目的1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。
3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。
二、实验仪器及仪器使用方法（一）实验仪器1 超声声速测定仪（主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺）○2 函数信号发生器○3 示波器。
○（二）仪器使用方法1、连接测量电路。
连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。
如已有连线，则此操作将去掉连线。
鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。
2、调整仪器。
双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
（1）示波器的使用与调整。
请先调整好聚焦。
然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。
接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。
最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。
输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。
（2）信号发生器的调整。
频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。
通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找换能器的共振频率。
1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。
2当（3）超声速测定仪的使用。
○○把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“??”标志，表明此时可以移动。
按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。
移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。
三、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。
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(3)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，由于散射和其他损耗，各级⼤致幅值随距离增⼤⽽逐渐减⼩。
我们只要测出各极⼤值对应的接收器的位置，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。
2022年大学物理实验超声波速测量实验报告
大学物理实验超声波速测量实验报告一实验目旳1.理解超声波旳物理特性及其产生机制；2.学会用相位法测超声波声速并学会用逐差法解决数据；3.测量超声波在介质中旳吸取系数及反射面旳反射系数；4.并运用超声波检测声场分布。
5.学习超声波产生和接受原理，6.学习用相位法和共振干涉法测量声音在空气中传播速度，并与公认值进行比较。
7.观测和测量声波旳双缝干涉和单缝衍射二实验条件HLD-SV-II型声速测量综合实验仪，示波器，信号发生仪三实验原理1、超声波旳有关物理知识声波是一种在气体。
液体、固体中传播旳弹性波。
声波按频率旳高下分为次声波（f＜20Hz）、声波（20Hz≤f≤20kHz）、超声波（f>20kHz）和特超声波（f≥10MHz），如下图。
声波频谱分布图振荡源在介质中可产生如下形式旳震荡波：横波：质点振动方向和传播方向垂直旳波，它只能在固体中传播。
纵波：质点振动方向和传播方向一致旳波，它能在固体、液体、气体中旳传播。
表面波：当材料介质受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播旳波，介质表面旳质点做椭圆旳振动，因此表面波只能在固体中传播且随深度旳增长衰减不久。
板波：在板厚与波长相称旳弹性薄板中传播旳波，可分为SH 波与兰姆波。
超声波由于其波长短、频率高，故它有其独特旳特点：绕射现象小，方向性好，能定向传播；能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小，在水中可以比在空气或固体中以更高旳频率传旳更远，并且在液体里旳衰减和吸取是比较低旳；能在异质界面产生反射、折射和波形转换。
2、抱负气体中旳声速值声波在抱负气体中旳传播可觉得是绝热过程，因此传播速度可表达为μrRT=V (1)式中R 为气体普适常量(R=8.314J/(mol.k))，γ是气体旳绝热指数(气体比定压热容与比定容热容之比)，μ为分子量，T 为气体旳热力学温度，若以摄氏温度t 计算，则：t T T +=0 K T 15.2730=代入式(1)得，00001V 1)(V T t T t T rRt T rR++⋅+=＝＝μμ (2) 对于空气介质，0℃时旳声速0V =331.45m /s 。
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。
大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速之欧阳与创编
大学物理仿真实验实验报告试验日期：实验者：班级：学号：超声波测声速一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：( n =0,1,2,3……)的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：( n =0,1,2,3……)二实验仪器1）声速的测量实验仪器包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器2）超声声速测定仪主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3）函数信号发生器提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4）示波器示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。
并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
三实验内容1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
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f 0保持一致。
三 数据记录与处理1．基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2． 驻波法测量声速λ的平均值：==∑=16i i λλ 1.0585（cm ）λ的不确定度：)1()(612--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪∆=332λu 0.000544（cm ）=+=22λλλσu S 0.021（mm ） 计算声速：50.354==λυf （m/s ）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=0.8%3． 相位比较法测量声速λ的平均值：==∑=171i i λλ 1.1041（cm ）λ的不确定度：)1()(712--=∑=i i S i iλλλ＝0.002（cm ）因为，λi = (1i+7-1i ) /7，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪∆=372λu 0.000233（cm ）=+=22λλλσu S 0.020（mm ） 计算声速：31.353==λυf （m/s ）计算不确定度：(m/s)3)()((kHz)2.03%122=+==⨯=f f f f λσσσσλυ实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%四实验结论1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s五实验思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。
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。
在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。
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大学物理仿真实验实验报告
试验日期：
实验者：
班级：
学号：
超声波测声速
一实验原理
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：
( n =0,1,2,3……)
的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：
( n =0,1,2,3……)
二实验仪器
1）声速的测量实验仪器
包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
2）超声声速测定仪
主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
函数信号发生器
提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4）示波器
示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。
并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
三实验内容
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
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f 0保持一致。
三 数据记录与处理
基础数据记录
谐振频率=
驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
λ的平均值：==∑=6
1
61i i λλ（cm ）
λ的不确定度：
)
1()(6
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ＝（cm ）
因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪= 所以，＝仪∆=
3
32λ
u （cm ）
=+=22λ
λλσu S （mm ） 计算声速：
50.354==λυf （m/s ）
计算不确定度：
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=%
相位比较法测量声速
表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π）
λ的平均值：==∑=7
1
71i i λλ（cm ）
λ的不确定度：
)
1()(7
1
2
--=
∑=i i S i i
λλ
λ＝（cm ）
因为，λi = (1i+7-1i ) /7，Δ仪= 所以，＝仪∆=
3
72λ
u （cm ）
=+=22λ
λλσu S （mm ） 计算声速：
31.353==λυf （m/s ）
计算不确定度：
(m/s)
3)()((kHz)
2.03
%122=+==⨯=
f f f f λσσσσλυ
实验结果表示：υ=（353±3）m/s ，B=%
四 实验结论
1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s
2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s
五 实验思考题
1．固定距离，改变频率，以求声速。
是否可行
答： 能。
因为v = f λ，已知频率f ，而且波长λ也能通过示波器图像读 出 所以可以用驻波法测量出声速。
各种气体中的声速是否相同为什么
答：不同。
声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。