声速的测量预习报告

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1、实验名称:声速的测量实验目的:了解超声波的产生、发射和接收的方法，用干涉法（驻波法）和相位法测量声速。实验原理：（一）为什么选择超声波进行测量。在弹性介质屮，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz,称为超声波，超声波的频率范围在2x104Hz-5x108Hz之间。超声波的传播速度，就是声波的传播速度。超声波具冇波长短，易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。木实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气屮的传播速度,它是非电量电测方法的一个例子。实验装置曲波动理论可知，波速与波长、频率冇如下

2、关系：V=/2,只要知道频率和波长就口J以求出波速。木实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是:=^cos2^f/?-—I2丿y2=Acod2兀ft+I2丿叠加后合成波为：y=2Acos(2^X/A)cos(2^ft)当X=±nA/2时y=2Acos2;rX以=±1称为波腹当X=±(2n+l)2/4时cos(2^X/2)=0,称为

3、波节因此只要测得相邻两波腹(或波节)的位置Xn、Xn-1即可得波长。相位法测波长从换能器J发出的超声波到达接收器S2,所以在同一时刻Si与S2处的波冇一相位差：(p=2;ix/A其中2是波长，x为J和S2Z间距离。因为x改变一个波长时，相位差就改变2兀。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。实验记录实验仪器及规格YB16380.3KHZ〜3MHz函数信号发生器游标虽程30cm精度0.02mm实验温度前22.5°C实验后温度22.8°C谐振频率34.65KHZ实验一驻波法测量声速实验次数123456789游标读数/cm9.4089.9

4、1010.42010.93211.44211.94812.45012.96013.472实验次数10111213141516游标读数/cm13.97614.48014.99215.50016.01016.51817.030实验二相位法测量声速实验次数12345678910游标读数/cm11.95212.97013.98214.99416.00017.01018.02219.03020.04021.048数据处理（一）计算实验室温度下声波理论速度实验室温度下声速理论值=331.45x^=344,90./.由实验记录实验温度前22.5°

5、C实验后温度22.8°C知实验平均温度T一：22.5+22.8=2269°C2由273K时空气屮声速为人=*匕色=33L45m/sVM（二）驻波法测量声速的游标读数处理实验要求初始测量时,超生发生器与接收器Z间要有至少5cm距离•在本次测量吋,初始没有做到这一点•所以截取数据5〜16来进行处理.实验次数567891011121314游标读数/cm11.44211.94812.45012.96013.47213.97614.48014.99215.50016.010实验次数1516游标读数/cm16.51817.030波腹间的距离Ax

6、=兀•+】一Xj波腹1234567891011Ar,/cm