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声速测量实验报告
实验项目名称：声速测量
实验目的：
1.学会测量超声波在空气中传播速度的方法。
2.理解驻波和振动合成理论。
3.学会逐差法进行数据整理。
4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。
三、实验原理：
1.声波在空气中的传播速度：
在标况下，干燥空气中的声速为v=331.5m/s，T=273.15K。室温t℃时，干燥空气的声速为v=v。（1+t/T。）^(1/2)
2.测量声速的实验方法：v=fλ式中，v声速，f声源震动频率，波长。
I．相位法
波是震动状态的传播，即相位的传播。若超声波发生器发出的声波是平面波，当接受器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接受到的信号与发射器的激励电信号同相。继续移动接受器，直到找到的信号再一次与发射器的激励电信号同相时，移过的这段距离就等于声波的波长。
声速测试仪、信号发生器、示波器。
实验内容及步骤：
用驻波法测声速
(1)按图连接电路，将信号发生器的输出端与声速仪的输出端S2相连，将声速仪的输出端Sl与示波器的Y端（或通道CH1）相连，让Sl和S2靠近并留有适当的空隙，使两端面平行且与游标尺正交。
(2)根据实验室给出的压电陶瓷换能器的振动频率f，将信号发生器的输出频率调至f附近，缓慢移动S2，当在示波器上看到正弦波首次出现振幅较大处，固定S2，再仔细微调信号发生器的输出频率，使荧光屏上图形振幅达到最大，读出共振频率f.
(3)在共振条件下，将S2移近S1，再缓慢移开S2，当示波器上出现振幅最大时，记下S2的
位置x0.
(4)由近及远移动S2，逐次记下各振幅最大时S2的位置，连续测20个数据xl，x20。
(5)用逐差法算出声波波长的平均值。
2．用相位法测声速
(1)按图连接电路。
(2)将示波器“秒／格”旋钮旋至X-Y挡，信号发生器接示波器CH2通道，利用李萨如图形观察发射波与接收波的位相差，找出同相点。
(3)在共振条件下，使S2靠近S1，然后慢慢移开S2，当示波器上出现45。倾斜线时，微调游标卡尺的微调螺丝，使图形稳定，记下S2的位置xo’。
(4)继续缓慢移开S2，依次记下20个示波器上李萨如图形为直线时游标卡尺的读数x1’，…，x20’。
(5)用逐差法算出声波波长的平均值。
六、数据记录及处理
1.驻波法
项目
S2坐标/mm
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
151.47
151.38
155.97
156.92
160.03
165.52
169.34
174.80
179.57
183.89
逐差（5△x)
x6-x1
x7-x2
X8-x3
X9-x4
X10-x5
14.05
17.96
18.83
22.65
23.86
相位法
项目
S2坐标/mm
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
184.89
189.38
193.18
198.74
203.48
207.18
212.76
217.51
221.99
226.67
逐差（5△x)
x6-x1
x7-x2
X8-x3
X9-x4
X10-x5
22.29
23.38
24.33
23.25
23.19
实验结果分析与小结
实验结果正常
误差分析：
1.由于两金属面并非绝对平行,可能导致实验结果有所误差。
2.由于信号发生器频率始终在变化之中,无法确定,导致实验结果有所误差。
3.其他声音造成的干扰。
4.在观察波形时,无法准确的找到峰值和直线的位置。
思考：为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态？
谐振时超声波的发射和接收效率均达到最高；保持其他条件不变，仅仅改变信号发生器的输出频率，观察接收到得超声波信号幅度，出现极大值时对应的频率就是谐振频率。
声速测量中共振干涉法、相位法、时差法有何异同？
从波源上说，干涉法、相位法用的是连续波，时差法用的是脉冲波。从测量仪器上说，干涉法、相位法要用示波器、刻尺和频率计，时差法用的是计时仪器和刻尺。从原理上说，干涉法、相位法原理相同，均是发射波和返回波形成驻波（在力学里对应的称共振），测量波腹到波腹之间的距离或驻波相位差为2Pi（两个波腹到波腹之间的距离）距离来计算波速（波腹到波腹之间的距离为声波长的1/2,用波长乘以频率既得声速），这种方法的优点是通过示波器观测波形直观，又可以讲解驻波和李萨如图形，涉及知识点较多，一般学校都会选择这两种方法做测量，缺点是波腹和相位差所对应的示波器波形判断人为因素太大，测量出来的数据偏差较大；时差法所用为脉冲波，可人为改变接收器到发
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