声速测量实验

1、LOGO声速的测量声速的测量大学物理实验大学物理实验 声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，频率低于20Hz的声波称为次声波，高于20kHz的称为超声波，介于两者之间的成为可闻声波（能够被人听到）。 声波在媒质总中传播的速度与媒质的特性及状态有关。因而通过媒质中声速的测量，可以了解媒质的特性或状态变化。因此声速的测定在工业生产上具有一定的实用意义。实验目的实验目的u加深对驻波及振动合成等理论知识的理解加深对驻波及振动合成等理论知识的理解u学习使用共振干涉法、相位比较法和时差法测量学习使用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速声速u进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示进一步熟悉示波器的使用方法提高

2、运用示 波器观波器观测物理参数的综合运用能力测物理参数的综合运用能力 1. 1. 声波作为一种机械波，它的波速声波作为一种机械波，它的波速v v、波长、波长 和频率和频率f f存存 在着下列关系：在着下列关系：vfg2. 2. 传播距离传播距离L L、传播时间、传播时间t tLvt常用的方法有共振干涉法和相位比较法常用的方法有共振干涉法和相位比较法时差法测量声速的原理时差法测量声速的原理实验原理实验原理叠加后的声波振幅为22cos()XAgg相邻的两个振幅最大值之间的距离为声波波长的一半2X1F2F31222cos() cos()XFFFAtgg3F12cos()XFAtgg22cos()XF

3、Atgg 声源发出的声波经前方的刚性反射平面后，入射波声源发出的声波经前方的刚性反射平面后，入射波和反射波会发生干涉，形成驻波。和反射波会发生干涉，形成驻波。共振干涉法（驻波法）测量声速原理共振干涉法（驻波法）测量声速原理 为声波的角频率，t 为传播时间X 为声源和反射面之间的距离相位法测量声速原理相位法测量声速原理 声波的本质是振动状态的传播，也可说是位相的传播。声波的本质是振动状态的传播，也可说是位相的传播。但是介质中任一点的振动相位和声源的振动相位差是不随时但是介质中任一点的振动相位和声源的振动相位差是不随时间变化。间变化。2Xg 改变声源（改变声源（S1）和刚性反射面（）和刚性反射面（

4、S2）之间的距离）之间的距离X，就相当于改变发射波和接收波之间的位相差，示波，就相当于改变发射波和接收波之间的位相差，示波器上的图形也随器上的图形也随X的变化不断变化。显然，当的变化不断变化。显然，当S1、S2之之间距离改变半个波长间距离改变半个波长 ,则则 。随着振动位。随着振动位相差的变化，李萨如图形也会从斜率为正的直线变为椭相差的变化，李萨如图形也会从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线。因此，每移动半个波长，圆，再变到斜率为负的直线。因此，每移动半个波长，就会重复出现斜率符号相反的直线。就会重复出现斜率符号相反的直线。2Xg2X时差法测量声速原理时差法测量声速原理 设以脉冲调制

5、信号激励发射换能器，产生的声波设以脉冲调制信号激励发射换能器，产生的声波在介质中传播，经过在介质中传播，经过t时间后，到达时间后，到达L距离处的接收换距离处的接收换能器。所以可以用以下公式求出声波在介质中传播的能器。所以可以用以下公式求出声波在介质中传播的速度。速度速度。速度V距离距离L/时间时间t时差法测量声速的波形图CH1 CH2示波器信号源发射S1 接收S2发射波形 接收波形声速测定仪发射接收共振法、相位法线路连接共振法、相位法线路连接实验步骤实验步骤谐振频率的调节谐振频率的调节1. 按电路图连接电路按电路图连接电路2. 打开示波器，选择打开示波器，选择CH2通道，能够观测到正弦波通道，

6、能够观测到正弦波3. 调节专用信号源的调节专用信号源的“频率粗调频率粗调”或或“频率细调频率细调”，观察示，观察示波器上图形的变化，使正弦波振幅最大。记录信号源上显波器上图形的变化，使正弦波振幅最大。记录信号源上显示的频率示的频率fi。然后改变声速测定仪。然后改变声速测定仪S1和和S2之间的距离，再之间的距离，再次调节次调节“频率细调频率细调”至正弦波振幅最大。共测至正弦波振幅最大。共测5次，算出平次，算出平均频均频 率率f。实验步骤实验步骤共振法测量波长步骤共振法测量波长步骤1. 将专用信号源的测量方式设置到将专用信号源的测量方式设置到“连续波连续波”方式，频率调方式，频率调 整到上一步算出

7、的谐振频率。整到上一步算出的谐振频率。2. 转动声速测量仪旋钮，调节转动声速测量仪旋钮，调节S1和和S2之间的距离（一直向之间的距离（一直向 同一个方向同一个方向 转动），逐个记录振转动），逐个记录振 幅最大时幅最大时S1和和S2之间的之间的 距离，共测量距离，共测量11组数据（组数据（X1，X2， X11）。）。3. 去掉第一组数据，用逐差法处理剩下的十组数据，得出去掉第一组数据，用逐差法处理剩下的十组数据，得出 两个相邻波峰之间的距离，即可得出波长。两个相邻波峰之间的距离，即可得出波长。实验步骤实验步骤相位法测量波长步骤相位法测量波长步骤1. 将专用信号源的测量方式设置到将专用信号源的测量

8、方式设置到“连续波连续波”方式，频率调方式，频率调 整到谐振频率。整到谐振频率。2. 将示波器的显示方式打到将示波器的显示方式打到“X-Y”，适当调节示波器，出，适当调节示波器，出 现李萨如图形。现李萨如图形。3. 转动声速测量仪旋钮至波形变为一条斜率为正的直线，记转动声速测量仪旋钮至波形变为一条斜率为正的直线，记录此时的位置录此时的位置X1，向同一方向继续调节声速测量仪旋钮，向同一方向继续调节声速测量仪旋钮， 直到出现一条斜率为负的直线，记录此时的位置直到出现一条斜率为负的直线，记录此时的位置X2，如此，如此反复，共记录十一组数据（反复，共记录十一组数据（X1，X2，X11）。）。4 去掉第

9、一组数据，用逐差法处理剩下的十组数据，即可得去掉第一组数据，用逐差法处理剩下的十组数据，即可得出波长。出波长。CH1 CH2示波器信号源发射S1 接收S2发射波形 接收波形声速测定仪发射接收时差法线路连接时差法线路连接实验步骤实验步骤时差法测量声速步骤时差法测量声速步骤1. 将信号源上将信号源上“声速传播介质声速传播介质”置于置于“空气空气”位置，测量方位置，测量方法设置到法设置到“脉冲波脉冲波”方式。方式。2. 将将S1和和S2之间的距离调节到大于之间的距离调节到大于50mm，调节示波器，调节示波器，使得能够在显示器上观测到脉冲信号。使得能够在显示器上观测到脉冲信号。3. 缓慢移动接收端缓慢

10、移动接收端S2，同时观察信号源上的时间显示窗口，同时观察信号源上的时间显示窗口，当时间读数增加当时间读数增加10s时，由数显表头读数记录时，由数显表头读数记录S2所在位所在位置置X1（10s内声波在空气中传播的距离），依次记录十内声波在空气中传播的距离），依次记录十一组数据一组数据X1，X2，X11（每次增加（每次增加10s ）。）。4. 去掉第一组数据，用逐差法计算出去掉第一组数据，用逐差法计算出10s 内经过的距离。内经过的距离。带入公式求出声速。带入公式求出声速。数据记录与处理数据记录与处理n12345平均值平均值f(kHz)谐振频率数据表谐振频率数据表共振法和相位法测量波长数据表共振法和相位法测量波长数据表1059483726125 5XXXXXXXXXXvfg数据记录与处理数据记