Transcript 空气中声速的测定

大学物理实验
声速的测定
杭州电子科技大学
物理实验中心
 前言
 实验目的
 实验原理
 实验仪器
 实验内容
 注意事项
 问题与讨论
前言
 超声波在现代工业农业国防和科研
等方面有着广泛的应用.由于超声波
在媒质中的传播速率与媒质的特性
及状态等因素有关,因而通过测量媒
质中的声速,可以了解被测媒质的特
性或状态的变化.
实验目的
 1.掌握两种测量声速的原理,学会测定超声波
在空气中的传播速率.
 2.了解压电换能器的功能,熟悉信号源和示波
器的使用.
 3.加深对驻波及振动合成理论的理解.
实验原理
 在波动过程中,波速
 波长 和频率

f
之间存在下
列关系   f 
 通过实验,测出波长  和频率 f ,就可以求出声速  .
常用的方法有驻波法和相位比较法两种.
1.驻波法测量声速的原理
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，叠加后合成波为：
y = ( 2Acos2πx/λ) cos2πft
cos2πx/λ=±1 的各点振幅最大称为波腹，对应的
位置：
X =±nλ/2
( n =0,1,2,3……)
cos2πx/λ = 0 的各点振幅最小称为波节，对应的
位置：
X = ±(2n+1) λ/4
( n =0,1,2,3……)
因此只要测得相邻两波腹的位置Xn、Xn-1即可得半
波长（ Xn-Xn-1） ，可算出声速。
2.相位比较法测量声速
 从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所
以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：
⊿φ = 2πx/λ其中λ是波长，x为S1和S2之间
距离。因为x改变一个波长时，相位差就改变
2 π 。利用李萨如图形就可以测得超声波的
波长。
实验仪器
 声速测定仪
 信号发生器
 示波器
实验仪器
1、 声速测定仪
（1）SVX-3 声速测定仪信号源
（2）SVX-3 声速测定装置
发射头
接受头
读数装置
2.示波器
实验内容
驻波法线路连接：
相位法线路连接：
1.声速测定仪的谐振频率的调整
 转动距离调节手把，使声速测试仪的发射端
和接收端的两个端面相距为1cm左右，并使
两个端面保持平行。调节信号发生器的频率
（换能器的谐振频率为37KHz左右），观察
示波器上波形幅度的变化，当接收到的信号
幅度最大时，记录信号发生器的频率f（f为谐
振频率），并在实验中保持f不变。
2.数据处理
驻波法实验数据
频率f = KHz 室温t =
序号
Xi（cm)
Xi+5－Xi
L
Li－L
1
2
3
4
℃
5
6
L = Xi+5－Xi
7
8
9 10

波长
 声速
2
 L
5
V  f
 当温度为t 时，空气中声速 Vt  V0
t
1
273.15
相位法实验数据（计算方法同驻波法）
频率f = KHz 室温t = ℃
L = Xi+5－Xi
序号
L
Xi（cm)
Xi+5－Xi
L
Li－L
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
注意事项
 信号源输出端严防“短路”。
 换能器的发射面和接收面要保持清洁，不能
相互碰撞。
问题与讨论
1.波形图最大幅值的选择对结果有无影响？为
什么？
2.为什么要使两个换能器保持表面平行？
3.如何知道信号源输出频率是否等于压电换能
器的谐振频率？