聲速測量實驗報告

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1. 用駐波法和相位法測聲速。2. 學(xué)會用逐差法進行數(shù)據(jù)處理。實驗?zāi)康?. 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。4. 了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的功能。聲速 v、聲源振動頻率f 和波長丸之間的關(guān)系是V = 仏所以只要測得聲波的頻率f 和波長丸，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k,用駐波法和相位法測量。實驗原理l. 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，

2、這兩點的距離等于波長的整數(shù)倍，即（ n 為一整數(shù)）。若超聲波發(fā)出的聲波是平面波，當(dāng)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(dāng)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

3、后的波就形成駐波。此時相鄰兩波節(jié)間的距離等于半個波長。當(dāng)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。聲波是種縱波。由縱波的性質(zhì)知，駐波波節(jié)處的聲壓最大。當(dāng)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仝。2實驗儀器聲速測量儀、示波器、信號發(fā)生器1. 駐波法測聲速(1) 如圖所示連接好電路，讓 S 和 S2 靠近并留有適當(dāng)?shù)目?隙，使兩端面平行且與游標(biāo)尺正交。(2) 根據(jù)實驗給出的壓電換能器的振動

4、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 S2，當(dāng)在示波器上看到 正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定 S2，在仔細(xì)微調(diào)信號發(fā)生 器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達到最大，讀出共振頻實驗內(nèi)容及步驟(3) 在共振條件下，將 S2 移近 3，在緩慢移開 S2，當(dāng)示波器 上出現(xiàn)振幅最大時，記下 S2 的位置 X0(4) 由近及遠移動 S2，逐次記下各振幅最大時 S 2 的位置，連 續(xù)測 10個數(shù)據(jù)Xi，X2 ，X3, Xio(5) 用逐差法計算出波長的平均值。2. 用相位法測聲速( 1) 調(diào)節(jié)示波器使，將“秒/格”旋鈕旋至X-Y 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。(

5、2) 在共振條件下，使S 靠近 Si，然后慢慢移開S，當(dāng)示波器上出現(xiàn) 45，傾斜線時，微調(diào)游標(biāo)卡尺上的微調(diào)螺絲，使圖形穩(wěn)定，記下S2的位置 X0(3)繼續(xù)緩慢移開S2，依次記下10 個示波器上李薩如圖形為 45 一直線時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x； x2 ,x；o(4) 用逐差法算出聲波波長的平均值。共振頻率 f=37.613kHz1. 駐波法數(shù)據(jù)記錄如下 （單位： mr）:XoX1X2X3X489.06893.19897.976102.679107.185X5X6X7X8X9X10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得卜表（其中AX i= Xiq

6、5人=竺疋 2單位： cm ）Xi，5丿Ax-iAX2x4人 X“3523.39123.23223.14323.17223.263九2人3入4數(shù)據(jù)處理及記錄9.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長A X_(X6 Xj + (X7 X2) + +(X 10 X5)25= (116.589-93.198)+(121.208-97.976)+ +(130.357-111.756)25=4.648 mm則波長 7 =23=9.296 mm3_3v = f 幾 =37.613匯 10 X9.296 漢 10 m/s 吒 349.7m/s下面計算聲波速度的不確定度

7、先計算九的不確定度，( 人- J=0.0466mm ,0.01mm<5從而JA 2A +A2B =0.0476mmuf = 0.01kHz/u l/所以匸営 ） 2（宀嘰 22(Uf )2 廠) 2?.) 2 =0.005 = 5%求出uv 二 vEv =349.653 0.5%1.748m/s v = (349.7實驗結(jié)果為 丿 ±1.7)m/sEv=0.5%2.相位法 數(shù)據(jù)記錄（單位： mm ）x0x1x2x3x4x5138.942148.180157.406166.548175.821184.903x6x7x8x9X；0194.902203.355212.676222.0

8、72231.213從而得到下表（ Ax'=xl-x；， & Xi 單位： mm5x；也 X；也 x3也 X；也 x546.72245.89546.12846.25146.310為'-3人 4入 59.3449.1799.2269.2509.262一 .，x 二忍二燈化二 ?）（xio 二 X5）=9.252mm25則 v =f =37.613 10 3 9.252 10 ；m/s ： 347.9m/s實驗結(jié)果分析及小結(jié)下面計算聲波速度的不確定度先計算入的不確定度，送 ( 丸 k - 九) t-'Z°二=0.0729mm A B=0.01mmA八 Y51

9、 <5B從而u, =0.0736mm叫 =0.01kHz匚 b 創(chuàng) nv、 2/ 、 2 亠護 1 nv 2/ 、2E"()( 山 )+( 八) ( u 力 所以'岀 業(yè)= J(f)2(Uf )2+( 2(uJ2 =0.007 = 7%求出uv =vE v =347.9 漢 0.7% 賂 2.4m/s實驗結(jié)果為> = (347 ±24)m/S且=0? 7%1. 駐波法實驗結(jié)果表示為Jv = （349.7±1.7 ）m/sEv = 0.5%2. 相位法實驗結(jié)果表示為 V= （347.9 ±2.4 ）m/s且 =0.7%誤差分析：（ 1）

10、 發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不是嚴(yán)格的駐波場（ 2） 儀器的螺距誤差可能存在（ 3） 示波器上波形線條較粗，判斷振幅最大有視覺誤差（ 4） 觀察李薩如圖形時，并不能十分準(zhǔn)確控制每一次圖形變成直線時都是嚴(yán)格的直線（ 5）調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會有定誤差。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(dāng)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

11、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。實驗的收獲、總結(jié)、體會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)場*| : 巧 0/2 陌 0/2 9ib & ；樂祿 / 引八珀誠漁 厲氐 .”罪獲戶學(xué) 6B 汀氏% * 8 卜 o 6 8 mW二 I卩、*?財殲；卩? 8“ X： 二（張眇“朋財巾 兀：鄉(xiāng)勺 / ?Y$ - "6 ?斶 MM x 廠 i卄 ”也廠（oz引?力 8 側(cè)幼6X? 6加加 X?= 葉. IYs 二 I ?舒 5 巾 X? 二巧巾呵Ho.