《聲速的測定》實驗預習及報告

1/1《聲速的測定》實驗預習及報告××高校試驗預習報告

（××組）

××學院××系××專業(yè)

××級××姓名××學號××日期

試驗七:聲速的測量

一:試驗目的

1.用極值法和位相法測量空氣中的聲速

2.把握用電聲換能器進行電聲轉換的測量方法

3.學會用逐差法處理試驗數據

4.進一步學習示波器的應用

二:試驗儀器

SV6型超聲速測量組合儀,SV5型聲速測定專用信號源,雙蹤示波器

三:試驗內容及數據記錄

1.確定儀器組最佳工作頻率f

2.將測試方法設置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動S2找出接受波形的最大值，記錄幅度為最大值時的距離；登記S2位置x0,調整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個點，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個數據即可得到接受波長?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設置為“x-y”

方式。適當調整示波器，消失李薩茹圖。轉動鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測定取其平均值即可得到波長?

v=

數據表格：

試驗前t1=℃試驗后t2=℃

f·?

××高校試驗報告

（××組）

××學院××系××專業(yè)

××級××姓名××學號××日期

試驗七:聲速的測量一．試驗目的

1.用極值法和位相法測量空氣中的聲速

2．把握用電聲換能器進行電聲轉換的測量方法

3.學會用逐差法處理試驗數據

4.進一步學習示波器的應用二．試驗儀器

SV6型超聲速測量組合儀,SV5型聲速測定專用信號源,雙蹤示波器三．試驗原理

1．駐波法測聲速

壓電陶瓷換能器S1作為聲波放射器，它由信號源供應頻率37KHz左右的溝通電信號，由逆壓電效應發(fā)出一平面超聲波，形成沿X方向傳播的平面縱波，該縱波在傳播過程中遇到作為聲波接收器的聲波換能器S2，S2接受聲波信號的同時放射部分聲波信號，假如接受面S2與S1嚴格平行，入射波即在接受面上垂直反射，入射波與放射波相

干涉形成駐波，正壓電效應將接受到的聲壓轉換成電信號，該信號輸入示波器，在示波器上可以看到一組由聲壓信號產生的正弦波形，實際上是兩個相干波合成后在接收器S2處的振動狀況，移動S2位置，由于聲波傳播的阻尼衰減，在示波器上顯示會發(fā)覺當S2在某些位置時，振幅會有駐波衰減變化的最小值或最大值。

x??設聲源S1方程為：X?Acos2??ft????0(1)?????

x??S2反射波的方程為：Y?Bcos?2??ft????1?(2)???

兩波產生干涉時，他們的合振動方程S?X?Y?((A?B)cos2?)cos2?ft(3)x

?

上式為駐波方程，當x??n?

2，?1??0?0時兩波的位相相同，兩

波的疊加使得振幅最大，振幅為(A?B),稱為波腹；當x??(2n?,?1??0??時兩波位相相反，疊加使得振幅最4?

?小，為A?B，這些點稱為波節(jié)，兩相鄰波腹或波節(jié)的距離為，2

即半波長。在連續(xù)多次單方向測量相隔半波長的S2的位置變化及聲波頻率

2.相位法測聲速

設聲源S1的方程為X距聲源x處S2接收到?Acos(wt???)，f，按逐差法算出波長?，便可按v??f求出聲速。

的振動為X?Bcos(wt??2)，兩處振動的相位差?????????2?fx/v，通過測量相位差可以測得聲速v。當把S1和S2的信號分別輸入到示波器的X軸和Y軸，這是垂直方向兩列正弦波的疊加，其合成的振動方程為橢圓方程：

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

由(4)式，當?2??1?0，兩振動同向，這時方程變?yōu)椋?/p>

XY2(?)?0(5)AB

B這時合成的軌跡是一斜率為的直線。當?2??1??，兩振動反A

B?向，這時合成的軌跡是一斜率為?的直線。當?2??1?時，A2

X2Y2

合成的軌跡是一橢圓：2?2?1AB

假如?2??1??

合成軌跡如圖：

(6)?2，這時橢圓運動方向與上述的相反。

李薩茹圖

當移動x使得示波器上的李薩茹圖形從一斜率為正的直線又回到原來的位置時，也就是x變化了一個波長?，便可按v

四:試驗內容步驟

1.確定儀器組最佳工作頻率??f求出聲速。f

2.將測試方法設置到連續(xù)方式,觀看示波器,移動S2找出接受形的最大值，記錄幅度為最大值時的距離；登記S2位置x0調整S2，逐次登記振幅最大的x1，x2??x12共12個點，??2xi?1?xi，用逐差法處理12個數據即可得到接受波長?，而聲速v??f，得到聲速v。

3.相位法：接受波接“CH1”，放射波接“CH2”，設置為“x-y”方式。適當調整示波器，消失李薩茹圖。轉動鼓輪，使波形成一斜線，登記S2位置xi，再向相同方向移動S2，直至變化成同一斜線，登記S2位置xi?1，則?i?xi?1?xi，多次測定取其平均值即可得到波長?

五.試驗數據及處理

試驗前溫度：t1=24.1℃，試驗后溫度：t2=24.9℃故取平均溫度為試驗時的溫度：t=1.駐波法：表格如下

=24.5℃

f=38.073KHz

由此，試驗測得聲速為v=f·?=347.61（m?s）

頻率的平均值：

而0攝氏度，1標準大氣壓下聲速為v0?331.45(m/s)，環(huán)境溫度t=24.5℃，故理論上的聲速應為

=

測量結果與理論值的定值誤差為相對誤差

=346.00（m?s）

=-=1.61（m?s）

=0.47%

與理論值符合的很好

2.相位法：波長、頻率均取平均值，表格如下

頻率平均值

f?37.724KHz，

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

聲速v??f而理論值vt

定值誤差?v

?v

相對誤差?0.70%，更加精確

vt

六．結果分析及心得