声速测量实验报告

1、声速测量实验报告 声速测量实验报告 姓名: : 陈岩松 学号 :5501215012 班级: : 本硕实验班 1 151 班 实验名称 声速的测量 实验目的 1. 用驻波法与相位法测声速。 2. 学会用逐差法进行数据处理。 3. 了解声波在空气中的传播速度与气体状态参量的关系。 4. 了解压电换能器的功能与培养综合使用仪器的功能 。 实验原理 声速 v 、声源振动频率 f 与波长 l 之间的关系就是 l f v = 所以只要测得声波的频率 f 与波长 l , , 就可以求得声速 v 。其中声波频率频 率计测得。本实验的主要任务就是测量声波波长 l , , 用驻波法与相位法测量。 1. 相位法

2、波就是振动状态的传播, , 也可以说就是相位的传播。在波的传播方向上任何两点, , 如果其振动状态相同或者其相位差为p 2 的整数倍, , 这两点的距离等于波长的整数倍, , 即 l n l = ( ( n 为一整数) ) 。 若超声波发出的声波就是平面波, , 当接收器面垂直于波的传播方向时, , 其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时, , 总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射器的电信号同相。继续移动接收器, , 直到找到的信号再一次与发射器的激励电信号同相时, , 移过的这段距离就等于声波的波长。 实际操作时, , 我们用的就是利用李萨如图形寻找同相或反相时椭圆退化成直

3、线的点。 2. 驻波法 按照驻波动理论, , 超声波发生器发出的平面波经介质到接收器, , 若接收面与发射面平行, , 声波在接收面就会被垂直反射, , 于就是平面声波在两端面间来回反射并叠加。当接收端面与发射头间的距离恰好等于半波长的整数倍时, , 叠加后的波就形成驻 波。此时相邻两波节间的距离等于半个波长2l。当发生器的激励频率等于驻波系统的固有频率( ( 本实验中压电陶瓷的固有频率) ) 时, , 会产生驻波共振波腹处的振幅达到最大 值。 声波就是一种纵波。由纵波的性质知, , 驻波波节处的声压最大。当发生共振时, , 接收端面处为一波节, , 接收到的声压最大, ,转换成的电信号也最强

4、。移动接收器到某个共振位置时, , 示波器上又会出现最强的信号, , 继续移动到某个共振位置, , 则两次共振位置之间的距离即为2l。 实验仪器 声速测量仪、示波器、信号发生器。 实验内容及步骤 1. 驻波法测声速 （1 1 ） 如图所示连接好电路, , 让1s 与2s 靠近并留有适当的空隙, , 使两端面平行且与游标尺正交。 （2 2 ） 根据实验给出的压电换能器的振动频率 f , , 将信号发生器的输出频率调至 f 附近, , 缓慢移动2s , , 当在示波器上瞧到正弦波首次出现振 幅较大处, , 固定2s , , 在仔细微调信号发生器的输出频率, , 使荧光屏上图形振幅达到最大, , 读

5、出共振频率 f 。 （3 3 ） 在共振条件下, , 将2s 移近1s , , 在缓慢移开2s , , 当示波器上出现振幅最大时, , 记下2s 的位置0x （4 4 ） 由近及远移动2s , , 逐次记下各振幅最大时2s 的位置, , 连续测 0 10 个数据, 3 2 1, , x x x 10x （5 5 ） 用逐差法计算出波长的平均值。 2. 用相位法测声速 (1) 调节示波器使, , 将"秒/ / 格'旋钮旋至 y x - 利用李萨如图形观察发射波与接收波的相位差, , 找出同相点。 (2) 在共振条件下, , 使2s 靠近1s , , 然后慢慢移开2s , , 当

6、示波器上出现o45 倾斜线时, , 微调游标卡尺上的微调螺丝, , 使图形稳定, , 记下2s 的位置0x¢ （3 3 ） 继续缓慢移开2s , , 依次记下 10 个示波器上李萨如图形为o45 直线时游标卡尺的读数 , ,2 1x x ¢ ¢ 10x¢ （4 4 ） 用逐差法算出声波波长的平均值。 数据处理及记录 共振频率 f =37 、 613khz 1. 驻波法 数据记录如下( ( 单位 :mm): 0x 1x 2x 3x 4x 89 、 068 93 、 198 97 、 976 102 、 679 107 、 185 5x 6x 7x 8x 9

7、x 10x 111、 、 756 116 、 589 121、 、 208 125、 、 822 130、 、 357 135、 、 019 由上表可得下表( ( 其中i i ix x x - = d+5, , 25´d=iixl 单位 :cm) 1x d 2x d 3x d 4x d 5x d 23 、 391 23 、 232 23 、 143 23 、 172 23 、 263 1l 2l 3l 4l 5l 9 9 、 3564 9 9 、 2928 9 9 、 2572 9 9 、 2688 9 9 、 3052 下面用逐差法求声波波长 x d = =25) ( ) ( )

8、(5 10 2 7 1 6x x x x x x - + ¼ + - + - = = mm25) 756 . 111 357 . 130 ( ) 976 . 97 208 . 121 ( ) 198 . 93 589 . 116 ( - + ¼ + - + - =4 、 648 mm 则波长 l = = x d 2 =9 、 296 mm l f v = = = s m s m / 7 . 349 / 10 296 . 9 10 613 . 373 3» ´ ´ ´- 下面计算声波速度的不确定度 先计算 l 的不确定度, , 5 1

9、5) (95 . 0512tkka×-= då=l l=0 、 0466mm bd =0 、 01mm 从而2 2b au d + d =l=0 、 0476mm, =fu 0 0 、 01khz 所以% 5 005 . 0 ) ( )1( ) ( )1() ( )ln( ) ( )ln(2 2 2 22 2 2 2= = + =¶¶+¶¶=llllu ufuvufveff v 求出 s m e v uv v/ 748 . 1 % 5 . 0 653 . 349 » ´ = = 实验结果为îí&

10、#236;=± =% 5 . 0/ ) 7 . 1 7 . 349 (ves m v 2 2 、相位法 数据记录( ( 单位 :mm) 0x¢ 1x¢ 2x¢ 3x¢ 4x¢ 5x¢ 138、 、 942 148、 、 180 157、 、 406 166、 、 548 175、 、 821 184、 、 903 6x¢ 7x¢ 8x¢ 9x¢ 10x¢ 194、 、 902 203、 、 355 212、 、 676 222、 、 072 231、 、 213 从而得到下表

11、( (i i ix x x ¢ - ¢ = ¢ d+5 , ,5iix¢d= l 单位 :mm) 1x¢d 2x¢d 3x¢d 4x¢d 5x¢d 46 、 722 45 、 895 46 、 128 46 、 251 46 、 310 1l 2l 3l 4l 5l 9 9 、 344 9 9 、 179 9 9 、 226 9 9 、 250 9 9 、 262 x¢d = l =25) ( ) ( ) (5 10 2 7 1 6x x x x x x ¢ - ¢ + &#

12、188; + ¢ - ¢ + ¢ - ¢=9、252mm 则 s m s m f v / 9 . 347 / 10 252 . 9 10 613 . 373 3» ´ ´ ´ = =-l 下面计算声波速度的不确定度 先计算 l 的不确定度, , 5 1 5) (95 . 0512tkka×-= då=l l=0 、 0729mm bd =0 、 01mm 从而2 2b au d + d =l=0 、 0736mm, =fu 0 0 、 01khz 所以% 7 007 . 0 ) ( )1( )

13、( )1() ( )ln( ) ( )ln(2 2 2 22 2 2 2= = + =¶¶+¶¶=llllu ufuvufveff v 求出 s m e v uv v/ 4 . 2 % 7 . 0 9 . 347 » ´ = = 实验结果为îíì=± =% 7 . 0/ ) 4 . 2 9 . 347 (ves m v 实验结果分析 及小结 1. 驻波法实验结果表示为 îíì=± =% 5 . 0/ ) 7 . 1 7 . 349 (ves m v 2.

14、相位法实验结果表示为 îíì=± =% 7 . 0/ ) 4 . 2 9 . 347 (ves m v 误差分析: : （1 1 ） 发射换能器与接受换能器之间可能不就是严格的驻波 场 （2 2 ） 仪器的螺距误差可能存在 （3 3 ） 示波器上波形线条较粗, , 判断振幅最大有视觉误差 （4 4 ） 观察李萨如图形时, , 并不能十分准确控制每一次图形变 成直线时都就是严格的直线 （5 5 ） 调节超声波共振频率会有一定误差。 实验的收获、总结、体会 1. 这次的实验让我有耳目一新的感觉, , 因为确实就是第一次一开始完全靠自己去完成一个实验, , 当时做实验的时候觉得确实挺难的, , 很多术语概念不熟悉, , 但就是正就是因为这样的一种新的做实验的模式, , 才体现了大学生要学会自主 学习、自主完成任务的意识。尽管实验的两个小时