声速的研究 复旦

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1、声速的研究复旦声速的研究摘要：本实验采用了共振法、相位法、时差法三种不同的方法，分别测量了空气中、水中、固体中的声速，比较研究了三种不同方法对不同实验对象进行研究时的优劣。关键词：空气中声速、水中声速、固体中声速、共振法、相位法、时差法。Abstract：Inthisexperiment,thevelocityofsoundinair,waterandsolidweremeasuredseparatelyinthreedifferentmethods,whichincludedresonancemethod,phasemeth

2、odandtime-differencemethod.Theadvantagesanddisadvantagesofthesemethodswerecomparedanddiscussedwhentheobjectwasdifferent.Keywords:thevelocityofsoundinair,thevelocityofsoundinwater,thevelocityofsoundinsolid,resonancemethod,phasemethod,time-differencemethod.1/13一、引言声音在

3、不同介质中传播的速度在实际应用中十分重要，它与温度、压强、蒸汽压、湿度等因素都有关。本实验旨在用共振法、相位法、时差法研究空气、水、固体中的声速，并比较三种方法。二、实验原理———————————————————————————————————————————————1.相位法测量声速：由信号发生器发射声波，再由接收器接收，则在同一时刻，发射处与接收处的声波相位不同，相位差为φ，可知φ=2π??，L为发射器与接收器距离。当L改变时，φ也改变，φ每改变2π时，L改变一个??的长度。又v=λf,则φ=2π??。固定f值，改变L，李

4、萨如图每改变2π记录对应L值。对φ~L拟合可得k,则v=??。2.共振法测量声速：从信号发生器发出的一定频率的声波在严格平行的接受面上垂直反射，入射波与反射波会发生干涉。改变接收器与发射源之间的距离L等于半波长的整数倍时，产生驻波。在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振所相应的接受面之间的距离即为半波长。当示波器波峰出现极大时，记录此时L的值。对L与序号n作拟合可得k，则v=kf。3.时差法测量声速：由信号发生器发射一系列脉冲波，声波经Δt时间到达接收器，可由示波器确定Δt。改变L，记录响应的Δt，则v=Δt。4.理想气体中声

5、速：声波在理想气体中的传播可以认为是绝热过程，因此传播速度可表示为：v=√????Θ????????????[R气体普适常量、??气体绝热指数、??分子量、Θ热力学温度]??????若以摄氏温度θ计算，则v=√??(Θ0+??)=??0+√1+Θ0对于空气介质，0℃时声速??0=331.45??/??———————————————————————————————————————————————，考虑蒸汽压影响，校准公式：v=331.45√(1+Θ+0??0.3192??????[????蒸汽分压强、p大气压强]5.水中声速理论

6、公式：2/13V=√1??????01[????绝热体积压缩系数、??0密度]其中????会随温度改变，水中的声速在74℃左右时达到最大值，当温度低于74℃时，声速随温度升高而增加；当温度高于74℃时声速随温度升高而降低。20℃水中声速为1483m/s。6.固体中声速纵波传播速度：????=√??????+2????横波传播速度????=√??，??其中λ=(1+σ)(1?2σ)，μ=2(1+??)[E杨氏模量、σ泊松比、ρ密度]三、实验装置及过程装置：GOS-6021示波器、SG1010A信号发生器、SV-DH-7（D）声速

7、测定仪、水槽、纯净水、固体（9根）。图1共振法连接示意图图2相位法、时差法连接示意图过程：空气中声速：1.读取室温以及湿度（每次试验前重复）；———————————————————————————————————————————————2.打开电源，如图1连接仪器，选择正弦信号，在示波器上显示接收处信号；3.选取L=100mm，改变频率f，在f=65.8KHz时信号振幅最大；4．固定f=65.8KHz，从60mm左右起改变L，每当振幅出现极大值记录相应L值；5.如图2连接仪器，正弦信号，f固定为65.8KHz，分别接入信号发射

8、处与接收处的信号波，按下X-Y按钮，出现李萨如图；6.改变L的值，每当李萨如图重合为一条直线时，稳定后记录相应L值；7.选择方波信号，频率f=100Hz，占空比5%，取消X-Y按钮，示波器上分别显示发射处与接收处声波信号，调节上下位置使能辨认；8.将x轴倍率调小至0.1ms档