《声速的测定》实验预习及报告

1/1《声速的测定》实验预习及报告××高校试验预习报告

（××组）

××学院××系××专业

××级××姓名××学号××日期

试验七:声速的测量

一:试验目的

1.用极值法和位相法测量空气中的声速

2.把握用电声换能器进行电声转换的测量方法

3.学会用逐差法处理试验数据

4.进一步学习示波器的应用

二:试验仪器

SV6型超声速测量组合仪,SV5型声速测定专用信号源,双踪示波器

三:试验内容及数据记录

1.确定仪器组最佳工作频率f

2.将测试方法设置到连续方式,观看示波器,移动S2找出接受波形的最大值，记录幅度为最大值时的距离；登记S2位置x0,调整S2，逐次登记振幅最大的x1，x2??x12共12个点，??2xi?1?xi，用逐差法处理12个数据即可得到接受波长?，而声速v??f，得到声速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，设置为“x-y”

方式。适当调整示波器，消失李萨茹图。转动鼓轮，使波形成一斜线，登记S2位置xi，再向相同方向移动S2，直至变化成同一斜线，登记S2位置xi?1，则?i?xi?1?xi，多次测定取其平均值即可得到波长?

v=

数据表格：

试验前t1=℃试验后t2=℃

f·?

××高校试验报告

（××组）

××学院××系××专业

××级××姓名××学号××日期

试验七:声速的测量一．试验目的

1.用极值法和位相法测量空气中的声速

2．把握用电声换能器进行电声转换的测量方法

3.学会用逐差法处理试验数据

4.进一步学习示波器的应用二．试验仪器

SV6型超声速测量组合仪,SV5型声速测定专用信号源,双踪示波器三．试验原理

1．驻波法测声速

压电陶瓷换能器S1作为声波放射器，它由信号源供应频率37KHz左右的沟通电信号，由逆压电效应发出一平面超声波，形成沿X方向传播的平面纵波，该纵波在传播过程中遇到作为声波接收器的声波换能器S2，S2接受声波信号的同时放射部分声波信号，假如接受面S2与S1严格平行，入射波即在接受面上垂直反射，入射波与放射波相

干涉形成驻波，正压电效应将接受到的声压转换成电信号，该信号输入示波器，在示波器上可以看到一组由声压信号产生的正弦波形，实际上是两个相干波合成后在接收器S2处的振动状况，移动S2位置，由于声波传播的阻尼衰减，在示波器上显示会发觉当S2在某些位置时，振幅会有驻波衰减变化的最小值或最大值。

x??设声源S1方程为：X?Acos2??ft????0(1)?????

x??S2反射波的方程为：Y?Bcos?2??ft????1?(2)???

两波产生干涉时，他们的合振动方程S?X?Y?((A?B)cos2?)cos2?ft(3)x

?

上式为驻波方程，当x??n?

2，?1??0?0时两波的位相相同，两

波的叠加使得振幅最大，振幅为(A?B),称为波腹；当x??(2n?,?1??0??时两波位相相反，叠加使得振幅最4?

?小，为A?B，这些点称为波节，两相邻波腹或波节的距离为，2

即半波长。在连续多次单方向测量相隔半波长的S2的位置变化及声波频率

2.相位法测声速

设声源S1的方程为X距声源x处S2接收到?Acos(wt???)，f，按逐差法算出波长?，便可按v??f求出声速。

的振动为X?Bcos(wt??2)，两处振动的相位差?????????2?fx/v，通过测量相位差可以测得声速v。当把S1和S2的信号分别输入到示波器的X轴和Y轴，这是垂直方向两列正弦波的叠加，其合成的振动方程为椭圆方程：

X2Y22XY2??cos(?2??1)?sin(?2??1)(4)A2B2AB

由(4)式，当?2??1?0，两振动同向，这时方程变为：

XY2(?)?0(5)AB

B这时合成的轨迹是一斜率为的直线。当?2??1??，两振动反A

B?向，这时合成的轨迹是一斜率为?的直线。当?2??1?时，A2

X2Y2

合成的轨迹是一椭圆：2?2?1AB

假如?2??1??

合成轨迹如图：

(6)?2，这时椭圆运动方向与上述的相反。

李萨茹图

当移动x使得示波器上的李萨茹图形从一斜率为正的直线又回到原来的位置时，也就是x变化了一个波长?，便可按v

四:试验内容步骤

1.确定仪器组最佳工作频率??f求出声速。f

2.将测试方法设置到连续方式,观看示波器,移动S2找出接受形的最大值，记录幅度为最大值时的距离；登记S2位置x0调整S2，逐次登记振幅最大的x1，x2??x12共12个点，??2xi?1?xi，用逐差法处理12个数据即可得到接受波长?，而声速v??f，得到声速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，设置为“x-y”方式。适当调整示波器，消失李萨茹图。转动鼓轮，使波形成一斜线，登记S2位置xi，再向相同方向移动S2，直至变化成同一斜线，登记S2位置xi?1，则?i?xi?1?xi，多次测定取其平均值即可得到波长?

五.试验数据及处理

试验前温度：t1=24.1℃，试验后温度：t2=24.9℃故取平均温度为试验时的温度：t=1.驻波法：表格如下

=24.5℃

f=38.073KHz

由此，试验测得声速为v=f·?=347.61（m?s）

频率的平均值：

而0摄氏度，1标准大气压下声速为v0?331.45(m/s)，环境温度t=24.5℃，故理论上的声速应为

=

测量结果与理论值的定值误差为相对误差

=346.00（m?s）

=-=1.61（m?s）

=0.47%

与理论值符合的很好

2.相位法：波长、频率均取平均值，表格如下

频率平均值

f?37.724KHz，

?345.55(m/s)?343.14(m/s)?v?vt?2.41(m/s)

声速v??f而理论值vt

定值误差?v

?v

相对误差?0.70%，更加精确

vt

六．结果分析及心得