声速的测量实验报告

声速的测量实验报告

声速的丈量实验报告 1、实验名称：声速的丈量 2、实验目的 1.了解声速的丈量原理； 2.掌握示波器和信号产生器的使用方法。

3.掌握逐差法处理数据 3、实验仪器示波器，信号产生器、声速丈量仪 4、实验原理在弹性介质中，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丈量比较方便。

由波动理论可知，波速与波长、频率有以下关系：，只要知道频率和波长就能够求出波速。本实验通太低频信号产生器控制换能器，信号产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）丈量。

图1：超声波测声速实验装置图图2：压电陶瓷换能器结构示意图压电陶瓷换能器（变压器）是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其输入部份用正弦电压信号驱动,通过逆压电效应使其产生振动,振动波通过输入和输出部份的机械耦合到输出部份,输出部份再通过正压电效应产生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,在压电变压器的谐振频率下取得最高输出电压。与电磁变压器相比,这具有体积小,质量轻,功率密度高,效力高,耐击穿,耐高温,不怕燃烧,无电磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、易批量生产,在某些领域成为电磁变压器的理想替换元件等优点。此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。

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：叠加后合成波为：,求解

可得各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：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、便可得波长。

2.相位比较法测波长从换能器发出的超声波到达接收器，所以在同1时刻与处的波有1相位差：其中l是波长，x为和之间距离)。由于x改变1个波长时，相位差就改变。利用李萨如图形就能够测得超声波的波长。

图3：不同相位差对应的李萨如图型示例 5、实验内容 1.调剂仪器使系统处于最好工作状态，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.确保换能器和端面的平行。

2.信号产生器输出信号频率与压电换能器谐振频率保持1致。

6、数据处理学生姓名:姚佳俊学号:201831010818 指点老师:张怀作实验时间:2020年 5 月 2 日专业年级：石油工程2018级 1、选择适合的超声波频率信号产生器输出信号的频率（Hz）36500.0 2、利用驻波法丈量波长和声速表1. 利用驻波法丈量波长数据表格内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 移动磁鼓的位置（增加）Xn(mm) 51.18 55.86 60.42 65.22 69.62 74.32 79.02 83.68 88.34 92.92 移动磁鼓的位置（减小）Xn＇(mm) 51.20 55.88 60.44 65.24 69.64 74.34 79.04 83.70 88.36 92.94 平均值AvgXn(mm) 51.19 55.87 60.43 65.23 69.63 74.33 79.03 83.69 88.35 92.93 利用逐差法进行数据处理：表2. 利用逐差法处理数据表格 1 2 3 4 5 23.14 23.16 23.26 23.12 23.3 声波波长： 9.2784 （）声速： 338.66 （） 3、用相位比较法测波长和声速表3. 利用相位

比较法丈量波长数据表格内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 移动磁鼓的

位置（增加）Xn(mm) 50.62 55.48 60.32 65.04 69.82 74.62 79.44 84.20 89.00 93.86 移动磁鼓的位置（减小）Xn＇(mm) 50.64 55.50 60.34 65.06 69.84 74.64 79.46 84.22 89.02 93.88 平均值AvgXn(mm) 50.63 55.49 60.33 65.05 69.83 74.63 79.45 84.21 89.01 24 利

用逐差法进行数据处理：表4. 利用逐差法处理数据表格 1 2 3 4

5 24.00 23.9

6 23.88 23.96 24.04 声波波长： 9.5872 （）声速： 349.93 （）计算相对误差：这里取空气温度为，则理论声

速约为。

声速丈量值： 344.295 （）相对丈量误差为： 0.260629% 7、思考题 2015年11月26日中午，成都的天空传来3声巨响，几

近全市的人都听到了。随之传来了各种猜想，不过并没有地面爆炸的

迹象。有传言说当时在试飞“歼⑵0”战役机，请解释此现象。

可能为飞机在突破音障时发出的音爆。当物体接近音速时，会

有1股强大的阻力，使物体产生强烈的震荡，速度衰减，这1现象俗

称音障。突破音障时，由于物体本身对空气的紧缩没法迅速传播，逐

步在物体的迎风面积累，终究构成激波面。在激波面上，声学能量高

度集中。这些能量传到人们耳朵里时，会让人感遭到短暂而极为强烈

的爆炸声，称为音爆。

8、实验总结通过各位老师的努力下，我认真地完成了此次实验，并了解声速的丈量相干知识，同时还应用了驻波法和相位比较法。

9：实验原始数据