1、實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理聲速測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：陳巖松學(xué)號(hào)： 5501215012班級(jí)：本碩實(shí)驗(yàn)班151 班聲速的測量1. 用駐波法和相位法測聲速。2. 學(xué)會(huì)用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3. 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(dòng)頻率f 和波長之間的關(guān)系是vf所以只要測得聲波的頻率f 和波長，就可以求得聲速v 。其中聲波頻率頻率計(jì)測得。本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是測量聲波波長，用駐波法和相位法測量。1. 相位法波是振動(dòng)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(diǎn)，如果其振動(dòng)狀態(tài)相同或者其相位差為2的整數(shù)倍，這兩點(diǎn)的距

2、離等于波長的整數(shù)倍，即ln（ 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(shí)，其端面上各點(diǎn)都具有相同的相位。沿傳播方向移動(dòng)接收器時(shí)，總可以找到一個(gè)位置使得接收到的信號(hào)與發(fā)射器的電信號(hào)同相。繼續(xù)移動(dòng)接收器，直到找到的信號(hào)再一次與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相時(shí)，移過的這段距離就等于聲波的波長。實(shí)際操作時(shí)，我們用的是利用李薩如圖形尋找同相或反相時(shí)橢圓退化成直線的點(diǎn)。2. 駐波法按照駐波動(dòng)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(huì)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(shí)，疊加后的

3、波就形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)間的距離等于半個(gè)波長。當(dāng)2發(fā)生器的激勵(lì)頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率（本實(shí)驗(yàn)中壓電陶瓷的固有頻率）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生駐波共振波腹處的振幅達(dá)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(dāng)發(fā)生共振時(shí)，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(hào)也最強(qiáng)。移動(dòng)接收器到某個(gè)共振位置時(shí)，示波器上又會(huì)出現(xiàn)最強(qiáng)的信號(hào)，繼續(xù)移動(dòng)到某個(gè)共振位置，則兩次共振位置之間的距離即為。2實(shí)驗(yàn)儀器聲速測量儀、示波器、信號(hào)發(fā)生器。1. 駐波法測聲速（1）如圖所示連接好電路，讓S1 和 S2 靠近并留有適當(dāng)?shù)目障叮箖啥嗣嫫叫星遗c游標(biāo)尺正交。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)給出的壓電換能器的振動(dòng)頻率f

4、，將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至 f 附近，緩慢移動(dòng) 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(hào)發(fā)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大，讀出共振頻率 f 。（3）在共振條件下，將S2 移近 S1 ，在緩慢移開 S2 ，當(dāng)示波器上出現(xiàn)振幅最大時(shí)，記下S2 的位置 x0（ 4）由近及遠(yuǎn)移動(dòng) S2 ，逐次記下各振幅最大時(shí) S2 的位置，連續(xù)測 10 個(gè)數(shù)據(jù) x1, x2 , x3 , x10（ 5）用逐差法計(jì)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

5、點(diǎn)。（2）在共振條件下，使S2 靠近 S1 ，然后慢慢移開S2 ，當(dāng)示波器上出現(xiàn) 45 傾斜線時(shí)，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(gè)示波器上李薩如圖形為 45 直線時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x1, x2 , x10（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： mm）：x0x1x2x3x489.06893.19897.976102.679107.185x5x6x7x8x9x10111.756116.589121.208125.822130.357135.019由上表可得下表（其

6、中xi xi 5xi ， ixi2單位： cm）5數(shù)據(jù)處理及記錄x1x2x3x4x523.39123.23223.14323.17223.263123459.35649.29289.25729.26889.3052下面用逐差法求聲波波長x = (x6x1 ) ( x7x2 )( x10 x5 )25= (116.58993.198)(121.20897.976)(130.357111.756) mm25=4.648 mm則波長=2 x =9.296 mmvf=37.613 1039.29610 3 m / s349.7m / s下面計(jì)算聲波速度的不確定度先計(jì)算的不確定度，5)2(kAk 11t

7、0.95 =0.0466mm B =0.01mm55從而 u22=0.0476mm， uf0.01kHzABEv( ln v) 2 (u f ) 2( ln v )2 (u ) 2所以f( 1 ) 2 (u f )2( 1 ) 2 (u )20.005 5%f求出uvvEv349.6530.5%1.748m/ sv(349.71.7)m / s實(shí)驗(yàn)結(jié)果為Ev0.5%2. 相位法 數(shù)據(jù)記錄（單位： mm）x0x1x2x3x4x5138.942148.180157.406166.548175.821184.903x6x7x8x9x10194.902203.355212.676222.072231.

8、213從而得到下表（xixi 5xi，xii5單位： mm）x1x2x3x4x546.72245.89546.12846.25146.310123459.3449.1799.2269.2509.262x= ( x6x1)( x7x2 )( x10x5 ) =9.252mm25則 v f37.6131039.25210 3 m / s 347.9m / s實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及小結(jié)下面計(jì)算聲波速度的不確定度先計(jì)算的不確定度，5)2(kAk 1t0.95=0.0729mm B =0.01mm515從而 u220.01kHzAB =0.0736mm， ufEv(ln v) 2 (u f ) 2(ln v )

9、2 (u ) 2所以f11() 2 (u f )2() 2 (u )20.007 7%f求出uvvEv347.90.7%2.4m / s實(shí)驗(yàn)結(jié)果為v(347.92.4)m / sEv0.7%1. 駐波法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為v(349.71.7)m / sEv0.5%2. 相位法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為v(347.92.4)m / sEv0.7%誤差分析：（1）發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不是嚴(yán)格的駐波場實(shí)驗(yàn)的收獲、總結(jié)、體會(huì)（ 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(shí)， 并不能十分準(zhǔn)確控制每一次圖形變成直線時(shí)都是嚴(yán)格的直線（ 5）調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會(huì)有一定誤差。1. 這次的實(shí)驗(yàn)讓我有耳目一新的感覺，因?yàn)榇_實(shí)是第一次一開始完全靠自己去完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候覺得確實(shí)挺難的，很多術(shù)語概念不熟悉，但是正是因?yàn)檫@樣的一種新的做實(shí)驗(yàn)的模式，才體現(xiàn)了大學(xué)生要學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)、自主完成任務(wù)的意識(shí)。盡管實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)小時(shí)里面并不能夠?qū)⑦@個(gè)實(shí)驗(yàn)所涵蓋的所有有關(guān)知識(shí)都學(xué)會(huì)，但是卻能夠?qū)@個(gè)實(shí)驗(yàn)有了深