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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：In this experiment, the velocity of sound in air, water and solid were measured separately in three different methods, which included resonance method, phase method and time-difference method. The advantages and disadvantages of these methods were compared and discussed when the object was different. Keywords: the velocity of sound in air, the velocity of sound in water, the velocity of sound in solid, resonance method, phase method, time-difference method. 1 / 13 一、 引言 声音在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 + ) (1 + 0.3192)m/s [ 蒸汽分压强、p 大气压强]