第一篇：聲速的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

聲速的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）學(xué)會(huì)用駐波法和相位法測(cè)量聲波在空氣中傳播速度。（2）進(jìn)一步掌握示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器的使用方法。（3）學(xué)會(huì)用逐差法處理數(shù)據(jù)。

2、實(shí)驗(yàn)儀器

超聲聲速測(cè)定儀、低頻信號(hào)發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。

3、實(shí)驗(yàn)原理

3．1 實(shí)驗(yàn)原理

聲速V、頻率f和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系式為V?f?。如果能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量聲波的頻率f和波長(zhǎng)λ，即可求得聲速V。常用的測(cè)量聲速的方法有以下兩種。

3．2 實(shí)驗(yàn)方法

3．2．1 駐波共振法（簡(jiǎn)稱(chēng)駐波法）

S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內(nèi)相干涉而形成駐波。當(dāng)波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，此駐波的振幅才達(dá)到最大值，此時(shí)的頻率為共振頻率。

駐波系統(tǒng)的固有頻率不僅與系統(tǒng)的固有性質(zhì)有關(guān)，還取決于邊界條件，在聲速實(shí)驗(yàn)中，S1、S2即為兩邊界，且必定是波節(jié)，其間可以有任意個(gè)波節(jié)，所以駐波的共振條件為：

L?n,n?1,2,3??2（1）

即當(dāng)S1和S2之間的距離L等于聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，駐波振幅最大。在示波器上得到的信號(hào)幅度最大。當(dāng)L不滿(mǎn)足（1）式時(shí)，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài)，駐波振幅隨之減小。

移動(dòng)S2，可以連續(xù)地改變L的大小。由式（1）可知，任意兩個(gè)相鄰共振狀態(tài)之間，即

?S2所移過(guò)的距離為：（2）

??可見(jiàn)，示波器上信號(hào)幅度每一次周期性變化，相當(dāng)于L改變了2。此距離2可由超聲聲速測(cè)定儀上的游標(biāo)卡尺測(cè)得，頻率可由低頻信號(hào)發(fā)生器上的頻率計(jì)讀得，根據(jù)V???f，就可求出聲速。

3．2．2 兩個(gè)相互垂直諧振動(dòng)的合成法（簡(jiǎn)稱(chēng)相位法）

在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個(gè)相互垂直的同頻率的諧振動(dòng)的合成圖形——稱(chēng)為李沙如圖形。其軌跡方程為： ?L?Ln?1?Ln??n?1??2?n??2???X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1??????????A1A2 ?A1??A2?（5）

在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當(dāng)相位差22????2??1?0時(shí)，由（5）式，得y?A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線[參見(jiàn)圖16—2(a)]。

2yx???1????2??1?222時(shí)，得A1A2，軌跡為以坐標(biāo)軸為主軸的橢圓 當(dāng)

2當(dāng)????2??1??時(shí)，得

y??A2xA1，軌跡為處于第二和第四象限的一條直線。

改變S1和S2之間的距離L，相當(dāng)于改變了發(fā)射波和接受波之間的相位差（????2??1），熒光屏上的圖形也隨之變化。顯然，L每變化半個(gè)波長(zhǎng)（即?L?Ln?1?Ln?)2，位相差??就變化?。隨著振動(dòng)相位差從0→?的變化，李沙如圖形就按圖16——2(a)→（b）→(c)變化。因此，每移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)，就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)斜率符號(hào)相反的直線。測(cè)得波長(zhǎng)和頻率f，根據(jù)V?f?，就可計(jì)算出聲速。?

4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）熟悉聲速測(cè)定儀

該儀器由支架、游標(biāo)卡尺和兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)相對(duì)定位，所以?xún)芍粨Q能器相對(duì)位置距離的變化量可由游標(biāo)卡尺直接讀出。

兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉(zhuǎn)換），一只為接收聲波（聲電轉(zhuǎn)換），其結(jié)構(gòu)完全相同。發(fā)射器的平面端面用以產(chǎn)生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。壓電換能器產(chǎn)生的波具有平面性、單色性好以及方向性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi)，使一般的音頻對(duì)它沒(méi)有干擾。

（2）駐波法測(cè)量聲速

1）按圖接好線路，把換能器S1引線插在低頻信號(hào)發(fā)生器的“功率輸出孔”，把換能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，把頻率倍乘按鈕×10K壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)5--8V電壓,電壓衰減按鈕為20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。

3）壓入示波器電源開(kāi)關(guān)，把示波器Y衰減開(kāi)關(guān)VOLTS/DIV置0.5v檔，Y輸入方式置AC位。掃描檔TIME/DIV為20us，觸發(fā)源（觸發(fā)TRIG）選擇“內(nèi)同步INT”；觸發(fā)方式為“自動(dòng)”。

4）移動(dòng)S2位置，目測(cè)S1與S2的距離為3cm左右，調(diào)整低頻信號(hào)發(fā)生器的“頻率調(diào)節(jié)”波段開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)頻率微調(diào)電位器，使數(shù)碼顯示屏的頻率讀數(shù)為34.000—36.000KHz范圍。觀察示波器，當(dāng)屏幕的波形幅度最大時(shí)，說(shuō)明換能器S1處于共振狀態(tài)。記下頻率f值（實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，頻率f不許改變，否則影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。

5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定）或太大，可調(diào)節(jié)Y增益電位器VARIABLE，使波形幅度適中。

6）注意：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手觸摸兩個(gè)換能器，以免影響測(cè)量精確性。

7）向右稍移S2，并調(diào)整游標(biāo)卡尺的微調(diào)螺絲，同時(shí)觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過(guò)屏幕，可調(diào)整Y增益VARIABLE，使波形滿(mǎn)屏。記下S2的初始位置L0。8 由近至遠(yuǎn)慢慢移動(dòng)接收器S2，逐個(gè)記下九個(gè)幅度最大的位置（即Li值）。（3）相位法測(cè)聲速

1）把示波器觸發(fā)方式選擇“外接”。

2）把示波器的“Y input”接超聲波測(cè)速儀的接收器S2,示波器“X輸入”聯(lián)接到低頻信號(hào)發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。

3）把S2調(diào)回距S1大約3cm，移動(dòng)接收換能器S2，調(diào)節(jié)游標(biāo)卡尺微調(diào)螺絲，同時(shí)觀察示波器的圖形變化，使圖形為“/”，記下S2初始位置LO。

4）由近至遠(yuǎn)，慢慢移動(dòng)S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“/”直線變到“”直線）接收換能器S2的位置讀數(shù)Li值，共測(cè)十個(gè)數(shù)據(jù)。5）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉電源，整理好儀器

5、實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)

1）駐波法測(cè)量聲速

共振頻率f=34.583KHz

表1 駐波法測(cè)量波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)

次序 Li10?3mm

93.72 98.84 104.02 109.22 114.38 次序

Li10?3mm

119.54 124.70 129.90 135.02 140.18

Li?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm

25.82 25.86 25.88 25.80 25.80

0.012 0.028 0.048 0.032 0.032 1 2 3 4 5 7 8 9 10 逐差法處理表1數(shù)據(jù)

152SL?L?vLi?5?Li?I?5in?1i?1標(biāo)準(zhǔn)偏差=0.036mm CnSLi?5?Li?1.65?0.036?0.06?vLI?5?Li

uB??m3?0.023?0.012mm

合成不確定度為

222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u?0.036?0.012?0.038(mm)?LBi?5i

3頻率f不確定度聲速V的相對(duì)不確定度

EV?(uff)?(2uf??mf?0.3463?0.2(HZ)

uLI?5?LiLi?5?Li)2?(0.220.0382)?()?0.006?0.6%34.58325.832

聲速的計(jì)算

V? 22f(Li?5?Li)?34.583?25.832?357.34(m/s)55

聲速V不確定度為

uV?VEV?357.34?0.006?3(m/s)

室溫時(shí)聲速結(jié)果表達(dá)式： ?V?V?uV?357.34?0.006(m/s)(p?0.683)??EV?0.6%

2）相位法測(cè)量聲速

參考駐波法。

6.結(jié)論：1)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論值接近，是誤差允許范圍。2）相位法測(cè)量?jī)?yōu)于駐波法測(cè)量。

7.誤差分析：1）共振頻率的不穩(wěn)定。2）換能器的不完全平行。3）示波器上振幅極大值的不穩(wěn)。4）隨著換能器的距離的增加能量會(huì)有減弱。5）測(cè)量時(shí)會(huì)含有回程差。

第二篇：聲速的測(cè)定教案

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：空氣中聲速的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）學(xué)會(huì)用駐波法和相位法測(cè)量聲波在空氣中傳播速度。（2）進(jìn)一步掌握示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器的使用方法。（3）學(xué)會(huì)用逐差法處理數(shù)據(jù)。

2、實(shí)驗(yàn)儀器

超聲聲速測(cè)定儀、低頻信號(hào)發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。

3、實(shí)驗(yàn)原理

3．1 實(shí)驗(yàn)原理

聲速V、頻率f和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系式為V?f?。如果能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量聲波的頻率f和波長(zhǎng)λ，即可求得聲速V。常用的測(cè)量聲速的方法有以下兩種。

3．2 實(shí)驗(yàn)方法

3．2．1 駐波共振法（簡(jiǎn)稱(chēng)駐波法）

S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內(nèi)相干涉而形成駐波。當(dāng)波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，此駐波的振幅才達(dá)到最大值，此時(shí)的頻率為共振頻率。

駐波系統(tǒng)的固有頻率不僅與系統(tǒng)的固有性質(zhì)有關(guān)，還取決于邊界條件，在聲速實(shí)驗(yàn)中，S1、S2即為兩邊界，且必定是波節(jié)，其間可以有任意個(gè)波節(jié)，所以駐波的共振條件為：

L?n,n?1,2,3??2（1）

即當(dāng)S1和S2之間的距離L等于聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，駐波振幅最大。在示波器上得到的信號(hào)幅度最大。當(dāng)L不滿(mǎn)足（1）式時(shí)，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài)，駐波振幅隨之減小。

移動(dòng)S2，可以連續(xù)地改變L的大小。由式（1）可知，任意兩個(gè)相鄰共振狀態(tài)之間，即

?S2所移過(guò)的距離為：

?L?Ln?1?Ln??n?1??2?n??2??2（2）

??可見(jiàn)，示波器上信號(hào)幅度每一次周期性變化，相當(dāng)于L改變了2。此距離2可由超聲聲速測(cè)定儀上的游標(biāo)卡尺測(cè)得，頻率可由低頻信號(hào)發(fā)生器上的頻率計(jì)讀得，根據(jù)V???f，就可求出聲速。

3．2．2 兩個(gè)相互垂直諧振動(dòng)的合成法（簡(jiǎn)稱(chēng)相位法）

在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個(gè)相互垂直的同頻率的諧振動(dòng)的合成圖形——稱(chēng)為李沙如圖形。其軌跡方程為：

?X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1??????????A1A2 ?A1??A2?（5）

在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當(dāng)相位差22????2??1?0時(shí)，由（5）式，得y?A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線[參見(jiàn)圖16—2(a)]。

2yx??1????2??1?222時(shí)，得A1A2當(dāng)，軌跡為以坐標(biāo)軸為主軸的橢圓 ?2當(dāng)????2??1??時(shí)，得

y??A2xA1，軌跡為處于第二和第四象限的一條直線。

改變S1和S2之間的距離L，相當(dāng)于改變了發(fā)射波和接受波之間的相位差（????2??1），熒光屏上的圖形也隨之變化。顯然，L每變化半個(gè)波長(zhǎng)（即?L?Ln?1?Ln?)2，位相差??就變化?。隨著振動(dòng)相位差從0→?的變化，李沙如圖形就按圖16——2(a)→（b）→(c)變化。因此，每移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)，就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)斜率符號(hào)相反的直線。測(cè)得波長(zhǎng)和頻率f，根據(jù)V?f?，就可計(jì)算出聲速。?

4、教學(xué)內(nèi)容

（1）熟悉聲速測(cè)定儀

該儀器由支架、游標(biāo)卡尺和兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標(biāo)卡尺的主尺和游標(biāo)相對(duì)定位，所以?xún)芍粨Q能器相對(duì)位置距離的變化量可由游標(biāo)卡尺直接讀出。

兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉(zhuǎn)換），一只為接收聲波（聲電轉(zhuǎn)換），其結(jié)構(gòu)完全相同。發(fā)射器的平面端面用以產(chǎn)生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。壓電換能器產(chǎn)生的波具有平面性、單色性好以及方向性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi)，使一般的音頻對(duì)它沒(méi)有干擾。

（2）駐波法測(cè)量聲速

1）按圖接好線路，把換能器S1引線插在低頻信號(hào)發(fā)生器的“功率輸出孔”，把換能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，把頻率倍乘按鈕×10K壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)5--8V電壓,電壓衰減按鈕為20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。

3）壓入示波器電源開(kāi)關(guān)，把示波器Y衰減開(kāi)關(guān)VOLTS/DIV置0.5v檔，Y輸入方式置AC位。掃描檔TIME/DIV為20us，觸發(fā)源（觸發(fā)TRIG）選擇“內(nèi)同步INT”；觸發(fā)方式為“自動(dòng)”。

4）移動(dòng)S2位置，目測(cè)S1與S2的距離為3cm左右，調(diào)整低頻信號(hào)發(fā)生器的“頻率調(diào)節(jié)”波段開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)頻率微調(diào)電位器，使數(shù)碼顯示屏的頻率讀數(shù)為34.000—36.000KHz范圍。觀察示波器，當(dāng)屏幕的波形幅度最大時(shí)，說(shuō)明換能器S1處于共振狀態(tài)。記下頻率f值（實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，頻率f不許改變，否則影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。

5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定）或太大，可調(diào)節(jié)Y增益電位器VARIABLE，使波形幅度適中。

6）注意：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手觸摸兩個(gè)換能器，以免影響測(cè)量精確性。

7）向右稍移S2，并調(diào)整游標(biāo)卡尺的微調(diào)螺絲，同時(shí)觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過(guò)屏幕，可調(diào)整Y增益VARIABLE，使波形滿(mǎn)屏。記下S2的初始位置L0。8 由近至遠(yuǎn)慢慢移動(dòng)接收器S2，逐個(gè)記下九個(gè)幅度最大的位置（即Li值）。（3）相位法測(cè)聲速 1）把示波器觸發(fā)方式選擇“外接”。

2）把示波器的“Y input”接超聲波測(cè)速儀的接收器S2,示波器“X輸入”聯(lián)接到低頻信號(hào)發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。

3）把S2調(diào)回距S1大約3cm，移動(dòng)接收換能器S2，調(diào)節(jié)游標(biāo)卡尺微調(diào)螺絲，同時(shí)觀察示波器的圖形變化，使圖形為“/”，記下S2初始位置LO。

4）由近至遠(yuǎn)，慢慢移動(dòng)S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“/”直線變到“”直線）接收換能器S2的位置讀數(shù)Li值，共測(cè)十個(gè)數(shù)據(jù)。

5）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉電源，整理好儀器。

5、實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織及教學(xué)要求

（1）教學(xué)組織

1）檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，同時(shí)給學(xué)生5-10分鐘時(shí)間熟悉儀器，對(duì)本實(shí)驗(yàn)有一定的感性認(rèn)識(shí)。

2）講解實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，同時(shí)以提問(wèn)的方式檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。

3）隨時(shí)注意學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，及時(shí)指導(dǎo)解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的突發(fā)情況。4）檢查每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，記錄實(shí)驗(yàn)情況。（2）教學(xué)要求

1）能夠利用以前學(xué)過(guò)的示波器使用方法設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)有關(guān)示波器的調(diào)節(jié)步驟； 2）能夠理解駐波法和相位法測(cè)量聲波在空氣中傳播速度的原理； 3）要求能夠理解影響聲波傳播速度的幾個(gè)因素；準(zhǔn)備報(bào)道實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

6、實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：掌握用駐波法和相位法測(cè)量聲波在空氣中傳播速度。進(jìn)一步熟練掌握示波器、低頻信號(hào)發(fā)生器的使用方法。

2）難點(diǎn)：獨(dú)立設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)有關(guān)示波器的調(diào)節(jié)步驟；準(zhǔn)確判斷是否形成駐波。

7、實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題

1）換能器未達(dá)到共振狀態(tài)就記錄聲波頻率；

2）待測(cè)聲波在兩個(gè)換能器之間并未形成駐波，就開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量； 3）記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)漏掉室溫。

8、實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)

1）駐波法測(cè)量聲速

共振頻率f=34.583KHz

表1 駐波法測(cè)量波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)

次序 Li10?3mm

93.72 98.84 104.02 109.22 114.38 次序

Li10?3mm

119.54 124.70 129.90 135.02 140.18

Li?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm

25.82 25.86 25.88 25.80 25.80

0.012 0.028 0.048 0.032 0.032 1 2 3 4 5 7 8 9 10 逐差法處理表1數(shù)據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)偏差SLI?5?Li?152vLi?5?Li?n?1i?1=0.036mm

CnSLi?5?Li?1.65?0.036?0.06?vLI?5?LiuB??m3?0.023?0.012mm

合成不確定度為

222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u?0.036?0.012?0.038(mm)?LBi?5i

3頻率f不確定度聲速V的相對(duì)不確定度

EV?(uff)?(2uf??mf?0.3463?0.2(HZ)

uLI?5?LiLi?5?Li)2?(0.220.0382)?()?0.006?0.6%34.58325.832

聲速的計(jì)算

V? 22f(Li?5?Li)?34.583?25.832?357.34(m/s)55

聲速V不確定度為

uV?VEV?357.34?0.006?3(m/s)

室溫時(shí)聲速結(jié)果表達(dá)式：

?V?V?uV?357.34?0.006(m/s)(p?0.683)??EV?0.6%

2）相位法測(cè)量聲速

參考駐波法。

9、實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查方法

1）聲波的頻率值是否與實(shí)驗(yàn)中所用換能器的共振頻率值相符； 2）形成相鄰兩個(gè)駐波時(shí)的接收換能器位置合理；

3）相位法中，圖形由“/”直線變到“”直線，或由“”直線變到“/”直線，接收換能器S2的位置讀數(shù)合理。

10、課堂實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)檢查相關(guān)題目

1）如何調(diào)節(jié)示波器使其能用來(lái)觀察某電信號(hào)的波形？ 2）如何判斷換能器是否共振？ 3）如何正確讀取換能器的位置？

4）如何利用示波器觀察兩個(gè)相互垂直的電信號(hào)的合成圖形？

11思考題

1）為什么需要在駐波系統(tǒng)共振狀態(tài)下進(jìn)行聲速的測(cè)量？

2）是否可以用上述方法測(cè)量聲波在液體或固體中的傳播速度？如何進(jìn)行？

3）用駐波法測(cè)量聲速時(shí)，改變S1和S2之間的距離時(shí)，示波器上的波形振幅有時(shí)極大有時(shí)極小。說(shuō)明極大或極小時(shí)，接收器S2是處于波腹還是波節(jié)位置？

第三篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

聲速測(cè)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 1 151 班

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)

聲速的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?span id="63ulvn6" class="content_title3">1.用駐波法與相位法測(cè)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與培養(yǎng)綜合使用儀器的功能 。

實(shí)驗(yàn)原理

聲速 v、聲源振動(dòng)頻率 f 與波長(zhǎng) ? 之間的關(guān)系就是

? f v ?

所以只要測(cè)得聲波的頻率 f 與波長(zhǎng) ? , , 就可以求得聲速 v。其中聲波頻率頻 率計(jì)測(cè)得。本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)就是測(cè)量聲波波長(zhǎng) ? , , 用駐波法與相位法測(cè)量。

1.相位法

波就是振動(dòng)狀態(tài)的傳播, , 也可以說(shuō)就是相位的傳播。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)的距離等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍, , 即 ? n l ?((n 為一整數(shù)))。

若超聲波發(fā)出的聲波就是平面波, , 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(guò)的這段距離就等于聲波的波長(zhǎng)。

實(shí)際操作時(shí), , 我們用的就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, , 于就是平面聲波在兩端面間來(lái)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(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí), , 疊加后的波就形成駐 波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)2?。當(dāng)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。

聲波就是一種縱波。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(cè)量?jī)x、示波器、信號(hào)發(fā)生器。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

1.駐波法測(cè)聲速

（1 1）

如圖所示連接好電路, , 讓1S 與2S 靠近并留有適當(dāng)?shù)目障? , 使兩端面平行且與游標(biāo)尺正交。

（2 2）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)給出的壓電換能器的振動(dòng)頻率 f , , 將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至 f 附近, , 緩慢移動(dòng)2S , , 當(dāng)在示波器上瞧到正弦波首次出現(xiàn)振 幅較大處, , 固定2S , , 在仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率, , 使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大, , 讀出共振頻率 f。

（3 3）

在共振條件下, , 將2S 移近1S , , 在緩慢移開(kāi)2S , , 當(dāng)示波器上出現(xiàn)振幅最大時(shí), , 記下2S 的位置0x

（4 4）

由近及遠(yuǎn)移動(dòng)2S , , 逐次記下各振幅最大時(shí)2S 的位置, , 連續(xù)測(cè) 0 10 個(gè)數(shù)據(jù), 3 2 1, , x x x …10x

（5 5）

用逐差法計(jì)算出波長(zhǎng)的平均值。

2.用相位法測(cè)聲速

(1)調(diào)節(jié)示波器使, , 將“秒/ / 格”旋鈕旋至 Y X ? 利用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的相位差, , 找出同相點(diǎn)。

(2)在共振條件下, , 使2S 靠近1S , , 然后慢慢移開(kāi)2S , , 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2S 的位置0x?

（3 3）

繼續(xù)緩慢移開(kāi)2S , , 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) , ,2 1x x ? ? …10x?

（4 4）

用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。

數(shù)據(jù)處理及記錄

共振頻率 f =37、613kHz

1.駐波法

數(shù)據(jù)記錄如下((單位 :mm):

0x

1x

2x

3x

4x89、06893、19897、976102、679107、185

5x

6x

7x

8x

9x

10x111、、756116、589

121、、208

125、、822

130、、357

135、、019

由上表可得下表((其中i i ix x x ? ? ??5, , 25???iix?

單位 :cm)

1x ?

2x ?

3x ?

4x ?

5x ?23、391、232、143、172、263

1?

2?

3?

4?

5?9、35649、29289、25729、26889、3052

下面用逐差法求聲波波長(zhǎng)

x ? = =25)()()(5 10 2 7 1 6x x x x x x ? ? ? ? ? ? ?

= = mm25)756.111 357.130()976.97 208.121()198.93 589.116(? ? ? ? ? ? ?

=4、648 mm

則波長(zhǎng) ? = = x ? 2 =9、296 mm

? f v ? = = s m s m / 7.349 / 10 296.9 10 613.373 3? ? ? ??

下面計(jì)算聲波速度的不確定度

先計(jì)算 ? 的不確定度, ,1 5)(95.0512tkkA???? ???? ?=0、0466mm

B? =0、01mm

從而2 2B Au ? ? ? ??=0、0476mm, ?fu 0 0、01kHz

所以% 5 005.0)()1()()1()()ln()()ln(2 2 2 22 2 2 2? ? ? ???????????u ufuvufvEff v

求出

s m E v uv v/ 748.1 % 5.0 653.349 ? ? ? ?

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為????? ?% 5.0/)7.1 7.349(vEs m v2、相位法

數(shù)據(jù)記錄((單位 :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

從而得到下表((i i ix x x ? ? ? ? ? ??5, ,5iix??? ? 單位 :mm)

1x??

2x??

3x??

4x??

5x??46、72245、89546、12846、25146、310

1?

2?

3?

4?

5?9、3449、1799、2269、2509、262

x?? ? ? =25)()()(5 10 2 7 1 6x x x x x x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?=9、252mm 則 s m s m f v / 9.347 / 10 252.9 10 613.373 3? ? ? ? ? ???

下面計(jì)算聲波速度的不確定度

先計(jì)算 ? 的不確定度, ,1 5)(95.0512tkkA???? ???? ?=0、0729mm

B? =0、01mm

從而2 2B Au ? ? ? ??=0、0736mm, ?fu 0 0、01kHz

所以% 7 007.0)()1()()1()()ln()()ln(2 2 2 22 2 2 2? ? ? ???????????u ufuvufvEff v

求出

s m E v uv v/ 4.2 % 7.0 9.347 ? ? ? ?

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為????? ?% 7.0/)4.2 9.347(vEs m v

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

及小結(jié)

1.駐波法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為

????? ?% 5.0/)7.1 7.349(vEs m v

2.相位法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為

????? ?% 7.0/)4.2 9.347(vEs m v

誤差分析: :

（1 1）

發(fā)射換能器與接受換能器之間可能不就是嚴(yán)格的駐波

場(chǎng)

（2 2）

儀器的螺距誤差可能存在（3 3）

示波器上波形線條較粗, , 判斷振幅最大有視覺(jué)誤差

（4 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)都就是嚴(yán)格的直線

（5 5）

調(diào)節(jié)超聲波共振頻率會(huì)有一定誤差。

實(shí)驗(yàn)的收獲、總結(jié)、體會(huì)

1.這次的實(shí)驗(yàn)讓我有耳目一新的感覺(jué), , 因?yàn)榇_實(shí)就是第一次一開(kāi)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(jué)得確實(shí)挺難的, , 很多術(shù)語(yǔ)概念不熟悉, , 但就是正就是因?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), , 但就是卻能夠?qū)@個(gè)實(shí)驗(yàn)有了深刻的印象, , 而且在后來(lái)老師總結(jié)后, , 也能真正理解實(shí)驗(yàn)原理了, , 并不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。

2.其次, , 我覺(jué)得這個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)聲速的方法還有其她用處, , 不僅僅就是測(cè)得聲波的速度, , 還可以測(cè)得其她一些以波的形式傳播的物質(zhì)的速度。比如假設(shè)實(shí)驗(yàn)儀器夠精密, , 以此實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方

法, , 利用光具有波的性質(zhì), , 就是可以測(cè)出光速的。

實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

第四篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2019 年

月

日，第批 簽到序號(hào)：

【進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后填寫(xiě)】

福州大學(xué)

【實(shí)驗(yàn)一】

聲速 測(cè)量

（303 實(shí)驗(yàn)室）

學(xué) 學(xué) 院

班 班 級(jí)

學(xué) 學(xué) 號(hào)

姓 姓 名

實(shí)驗(yàn)前必須完成【實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分】

登錄下載預(yù)習(xí)資料

攜帶學(xué)生證 提前 10 分鐘進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分 【 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

】

【 實(shí)驗(yàn)儀器】(名稱(chēng)、規(guī)格或型號(hào))

【 實(shí)驗(yàn)原理 】（文字?jǐn)⑹觥⒅饕?、原理圖）

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分 【 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟】

】

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分

一、寫(xiě)出示波器以下標(biāo)號(hào)的功能（用中文表述），并復(fù)習(xí)它們的位置（參本 考課本 P148 圖 圖 19-13）：

39（或 11）

25。

二、在下圖方框中標(biāo)出函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的四個(gè)部位分別對(duì)應(yīng)哪個(gè)選項(xiàng)。

Ａ、ＣＨ１ Ｂ、ＣＨ１使能 Ｃ、ＣＨ２ Ｄ、ＣＨ２使能

三、實(shí)驗(yàn)中在測(cè)量聲波波長(zhǎng)之前，必須確定系統(tǒng)的。

頻率。

動(dòng) 調(diào)節(jié)方法是：先移動(dòng) S1 到距 S2 為 為 5 ～10 cm，緩慢調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器頻率（在 ～

kHz 連續(xù)調(diào)節(jié)），觀察哪個(gè)頻率下接收波電壓動(dòng) 幅度最大。然后移動(dòng) S1，使示波器顯示的正弦幅度最大，再細(xì)調(diào)信號(hào)以 頻率（以 0.01kHz。

為步長(zhǎng)調(diào)節(jié)），直到接收波振幅最大。記下此時(shí)頻率。

注意：本實(shí)驗(yàn)用的聲速測(cè)定裝置 動(dòng)子是發(fā)射端，定子是接收端。

于 兩個(gè)換能器之間的距離最好大于 5 cm，嚴(yán)禁將兩個(gè)換能器接觸。

數(shù)據(jù)記錄與處理

【一】

測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率 f ?

k H z

此時(shí)換能器間距 L?

mm 【二】

用共振干涉法測(cè)波長(zhǎng)（（v 公 =340.00 m/s）

1L ?

mm，11L ?

mm，? ?

mm

聲速 v =

百分偏差 B=

【三】用相位比較法測(cè)波長(zhǎng)

（v 公 =340.00m/s）

數(shù) 次數(shù) i L i /mm 數(shù) 次數(shù) i+6 L i+6 m/mm6()/6()i iL L mm?+=-()mm ?

聲速 v =

百分偏差 B=

思考題：用相位法測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)，指出本實(shí)驗(yàn)用哪兩個(gè)圖 形之間的距離 ：

測(cè)量波長(zhǎng)：（在正確的圖下畫(huà)√）

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師要求撰寫(xiě)。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及操作成績(jī)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師簽字

日期

實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)

報(bào)告批閱教師簽字

日期

第五篇：無(wú)機(jī)化學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

無(wú)機(jī)化學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：室溫：氣壓：

年級(jí)組姓名實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師日期 基本原理（簡(jiǎn)述）：

數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果處理：

問(wèn)題和討論

附注：

指導(dǎo)教師簽名