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声速的测量思考题声速的测量实验报告

声速的测量实验报告

一、实验名称：声速的测量

二、实验目的

1.了解声速的测量原理；

2.掌握示波器和信号发生器的使用方法。

3.掌握逐差法处理数据三、实验仪器

示波器，信号发生器、声速测量仪

四、实验原理

在弹性介质中，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波

称为声波，高于20kHz，称为超声波，超声波的频率范围在之间。

超声波的传播速度，就是声波的传播速度。超声波具有波长短，

易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。

由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：，只要知

道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制

换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻

波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。

图1：超声波测声速实验装置图

图2：

压电陶瓷换能器结构示意图压电陶瓷换能器（变压器）是利

用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其输入部分用正

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弦电压信号驱动,通过逆压电效应使其产生振动,振动波通过输入

和输出部分的机械耦合到输出部分,输出部分再通过正压电效应产

生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,在压电变压

器的谐振频率下获得最高输出电压。与电磁变压器相比,这具有体

积小,质量轻,功率密度高,效率高,耐击穿,耐高温,不怕燃烧,无电

磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、易批量生产,在某些

领域成为电磁变压器的理想替代元等优点。此类变压器用于开关

转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。

1.驻波法测波长

由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波

叠加，它们波动方程分别是：

叠加后合成波为：,求解可得各点振幅最大，称为波腹，对

应的位置：

各点振幅最小，称为波节，对应的位置：

因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置、即可得波长。

2.相位比较法测波长

从换能器发出的超声波到达接收器，所以在同一时刻与处的

波有一相位差：其中l是波长，x为和之间距离)。因为x改变一

个波长时，相位差就改变。利用李萨如图形就可以测得超声波的

波长。

图3：不同相位差对应的李萨如图型示例

五、实验内容

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1.调整仪器使系统处于最佳工作状态，换能器共振频率约为

35KHz。

2.用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。

3.用相位比较法测波长和声速。

注意事项

1.确保换能器和端面的平行。

2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率保持一

致。

六、数据处理

学生姓名:姚佳俊

学号:20XX30818指导老师:张怀作实验时间:2021年

5月

2日专业年级：石油工程20XX级

1、选择合适的超声波频率

信号发生器输出信号的频率（Hz）

36500.0

2、利用驻波法测量波长和声速

表1.

利用驻波法测量波长数据表格内容

1

23456789

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10移动磁鼓的位置（增加）Xn(mm)51.1855.8660.42

65.2269.6274.3279.0283.6888.3492.92移动磁鼓的位置

（减小）Xn＇(mm)51.2055.8860.4465.2469.6474.34

79.0483.7088.3692.94平均值AvgXn(mm)51.1955.8760.43

65.2369.6374.3379.0383.6988.3592.93利用逐差法进行

数据处理：

表2.利用逐差法处理数据表格

1

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