1、聲速測量實驗報告姓名：陳巖松學(xué)號：5501215012班級：本碩實驗班151班實驗名稱聲速的測量實驗?zāi)康挠民v波法和相位法測聲速。學(xué)會用逐差法進行數(shù)據(jù)處理。了解聲波在空氣中的傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關(guān)系。了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的功能。實驗原理聲速v、聲源振動頻率f和波長九之間的關(guān)系是v=f所以只要測得聲波的頻率f和波長九，就可以求得聲速v。其中聲波頻率頻率計測得。本實驗的主要任務(wù)是測量聲波波長九，用駐波法和相位法測量。1相位法波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是相位的傳播。在波的傳播方向上任何兩點，如果其振動狀態(tài)相同或者其相位差為2.的整數(shù)倍，這兩點的距離等于波長的整數(shù)倍，即心皿（n為

2、一整數(shù)）。若超聲波發(fā)出的聲波是平面波，當接收器面垂直于波的傳播方向時，其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時，總可以找到一個位置使得接收到的信號與發(fā)射器的電信號同相。繼續(xù)移動接收器，直到找到的信號再一次與發(fā)射器的激勵電信號同相時，移過的這段距離就等于聲波的波長。實際操作時，我們用的是利用李薩如圖形尋找同相或反相時橢圓退化成直線的點。2.駐波法按照駐波動理論，超聲波發(fā)生器發(fā)出的平面波經(jīng)介質(zhì)到接收器，若接收面與發(fā)射面平行，聲波在接收面就會被垂直反射，于是平面聲波在兩端面間來回反射并疊加。當接收端面與發(fā)射頭間的距離恰好等于半波長的整數(shù)倍時，疊加后的波就形成駐波。此時相鄰兩波節(jié)間的距離等

3、于半個波長仝。當2發(fā)生器的激勵頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率（本實驗中壓電陶瓷的固有頻率）時，會產(chǎn)生駐波共振波腹處的振幅達到最大值。聲波是一種縱波。由縱波的性質(zhì)知，駐波波節(jié)處的聲壓最大。當發(fā)生共振時，接收端面處為一波節(jié)，接收到的聲壓最大，轉(zhuǎn)換成的電信號也最強。移動接收器到某個共振位置時，示波器上又會出現(xiàn)最強的信號，繼續(xù)移動到某個共振位置，則兩次共振位置之間的距離即為匕。2實驗儀器聲速測量儀、示波器、信號發(fā)生器。駐波法測聲速（1）如圖所示連接好電路，讓S和S靠近并留有適當?shù)目?2隙，使兩端面平行且與游標尺正交。（2）根據(jù)實驗給出的壓電換能器的振動頻率f，將信號發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至f附近，緩慢移動，當

4、在示波器上看到正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定s，在仔細微調(diào)信號發(fā)生2器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達到最大，讀岀共振頻實驗內(nèi)容及步驟實驗連線圖示1（駐波法）（3）在共振條件下，將s移近s，在緩慢移開s，當示波器212上出現(xiàn)振幅最大時，記下S的位置x20（4）由近及遠移動s，逐次記下各振幅最大時s的位置，連22續(xù)測10個數(shù)據(jù)x,x,xx123,10（5）用逐差法計算出波長的平均值。用相位法測聲速（1）調(diào)節(jié)示波器使，將“秒/格”旋鈕旋至XY利用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的相位差，找出同相點。(2)在共振條件下，使s靠近s，然后慢慢移開s，當示212波器上出現(xiàn)45。傾斜線時，微調(diào)游標卡尺上的微調(diào)

5、螺絲，使圖形穩(wěn)定，記卜S的位置x20繼續(xù)緩慢移開s，依次記下10個示波器上李薩如圖形2為45。直線時游標卡尺的讀數(shù)x：x，,xr1210用逐差法算出聲波波長的平均值。共振頻率f=37613kHz1駐波法數(shù)據(jù)記錄如下（單位：mm）：x0 x1x2x3x489.06893.19897.976102.679107.185x5x6x7x8x9x10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得下表（其中心二xii+5-x，九出x2單位：cm）ii5Ax1Ax2Ax3Ax4Ax523.39123.23223.14323.17223.263數(shù)據(jù)處理及記錄九1

6、九2九3九4九59.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長(xx)+(xx)+.+(xx)Ax617210525=(116.58993.198)+(121.20897.976)+.+(130.357111.756)_mm25=4.648mm則波長九=2Ax=9296mmv=f九=37.613x103x9.296x10-3m/s沁349.7m/s下面計算聲波速度的不確定度先計算九的不確定度，卜仏-1kA=|A51九)2=0.0466mmv5AB=)01mm25從而u=3+A2=0.0476mm,u=0.01kHz九ABfQInvdInvE=、()2(u)2

7、+()2(u)2所以vQff弘111=.()2(u)2+(-)2(U)2=0.005=5%ff九入求出u=vE=349.653x0.5%沁1.748m/svv實驗結(jié)果為v=(349.7土1.7)m/sE=0.5%v2相位法數(shù)據(jù)記錄（單位：mm）X0X1X2X，3X，4X，5138.942148.180157.406166.548175.821184.903XXXX，X，X，678910194.902203.355212.676222.072231.213從而得到下表（Axr=xr-xr，九=竺單位：mm）ii+5ii5Ax，1Ax，2Ax，3Ax，4Ax，546.72245.89546.128

8、46.25146.310九九九九九123459.3449.1799.2269.2509.262f=AX二(x6-x1)+(x；-x2)+(x：0-x5)二9.252mm則v=f九=37.613x103x9.252x10-3m/s347.9m/s下面計算聲波速度的不確定度先計算九的不確定度，&(X-X)2AI仁=00729mmA=001mma5-1J5B從而uJA2+A2=0.0736mm,u-0.01kHzXPabfidInvdInvE|(M)2(U丿2+(M)2(ux)2所以VTdffdXX111I()2(u)2+(亍)2(u)20.0077%ffXX求出uvE347.9X0.7%沁2.4m

9、/svv實驗結(jié)果為F(347.9土2.4)m1sE0.7%v實驗結(jié)果分析及小結(jié)駐波法實驗結(jié)果表示為Jv(349.7土1.7)m/s|E0.5%v相位法實驗結(jié)果表示為Jv(347.9土2.4)m/s|E0.7%v誤差分析：發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不是嚴格的駐波場儀器的螺距誤差可能存在示波器上波形線條較粗，判斷振幅最大有視覺誤差觀察李薩如圖形時，并不能十分準確控制每一次圖形變成直線時都是嚴格的直線調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會有一定誤差。實驗的收獲、總結(jié)、體會1這次的實驗讓我有耳目新的感覺，因為確實是第次開始完全靠自己去完成一個實驗，當時做實驗的時候覺得確實挺難的，很多術(shù)語概念不熟悉，但是正是因為這樣的一種新的做實驗的模式，才體現(xiàn)了大學(xué)生要學(xué)會自主學(xué)習(xí)、自主完成任務(wù)的意識。盡管實驗的兩個小時里面并不能夠?qū)⑦@個實驗所涵蓋的所有有關(guān)知識都學(xué)會，但是卻能夠?qū)@個實驗有了深刻的印象，而且在后來老師總結(jié)后，也能真正理解實驗原理了，并不僅僅局限于實驗數(shù)據(jù)的記錄。2其次，我覺得這個實驗測聲速的方法還有其他用處，不僅僅是測得聲波的速度，還可以測得其他一些以波的形式傳播的物質(zhì)的速度。比如假設(shè)實驗儀器夠精密，以此實驗的實驗方法，利用光具有波的性質(zhì)，是可以測出光速的。實驗原始數(shù)據(jù)巒:萬0/2場0/2和畋；樂祿/引八力裱逐彳啪貶.共摒殊專戶升2*_17/一（2、朮目似9纓扌対