2025年声速测量实验综合研究报告与数据分析.docx

试验项目名称：声速测量

试验目的：

1.学会测量超声波在空气中传播速度的措施。

2.理解驻波和振动合成理论。

3.学会逐差法进行数据整顿。

4.理解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。

三、试验原理：

1.声波在空气中的传播速度：

在标况下，干燥空气中的声速為v=331.5m/s，T=273.15K。室温t℃時，干燥空气的声速為v=v。（1+t/T。）^(1/2)

2.测量声速的试验措施：v=fλ式中，v声速，f声源震动频率，波長。

I．相位法

波是震动状态的传播，既相位的传播。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時，其端面上各点都具有相似的相位。沿传播方向移动接受器時，总可以找到一种位置使得接受到的信号与发射器的鼓励电信号同相。继续移动接受器，直到找到的信号再一次与发射器的鼓励电信号同相時，移过的这段距离就等于声波的波長。

需要阐明的是，在实际操作中，用示波器测定电信号時，由于换能器振动的传递或放大电路的相移，接受器端面处的声波与声源并不一样相，总是有一定的相位差。為了判断相位差并测量波長，可以运用双踪示波器直接比较发射器的信号和接受器的信号，进而沿声波传播方向移动接受器寻找同相点来测量波長；也可以运用李萨如图形寻找同相或反相時椭圆退化成直线的点。

II．驻波法

按照波动理论，超声波发生器发出的平面声波经介质到接受器，若接受面与发射面平行，声波在接受面处就会被垂直反射，于是平面声波在两端面间来回反射并叠加。当接受端面与当接受端面与发射头间的距离恰好等于半波長的整数倍時，叠加后的波就形成驻波。此時相邻两波节（或波腹）间的距离等于半个波長（既）。当发生器的鼓励频率等于驻波系统的固有频率（本试验中压电陶瓷的固有频率）時，会产生驻波共振，波腹处的振幅到达最大值。

声波是一种纵波。由纵波的性质可以证明，驻波波节处的声压最大。当发生共振時，接受端面处為一波节，接受到的声压最大，转换成的电信号也最强。移动接受器到某个共振位置時，示波器上又会出現了最强的信号，继续移动接受器到某个共振位置，再次出現最强的信号，则两次共振位置之间距离為λ/2。

四、试验仪器：

声速测试仪、信号发生器、示波器。

试验内容及环节：

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靠近并留有合适的空隙，使两端面平行且与游标尺正交。

(2)根据试验室給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初次出現振幅较大处，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到达最大，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，当示波器上出現振幅最大時，记下S2的

位置x0.

(4)由近及远移动S2，逐次记下各振幅最大時S2的位置，持续测20个数据xl，x20。

(5)用逐差法算出声波波長的平均值。

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，运用李萨如图形观测发射波与接受波的位相差，找出同相点。

(3)在共振条件下，使S2靠近S1，然后慢慢移开S2，当示波器上出現45。倾斜线時，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為直线時游标卡尺的读数x1’，…，x20’。

(5)用逐差法算出声波波長的平均值。

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

试验成果分析与小結

试验成果正常

误差分析：

1.由于两金属面并非绝对平行,也許导致试验成果有所误差。

2.由于信号发生器频率一直在变化之中,无法确定,导