超声波测量声速

实验报告

——大学物理仿真实验

学院：生命学院

班级：生基硕01

姓名：廖崇兵

学号：10123011

实验日期：20##年6月3日—9日

交报告日期：20##年6月10日

一、      实验目的

1.       了解超声波的产生、发射和接收的方法；

2.       用驻波法和相位比较法测声速。

二、      实验仪器

1.       超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。

2.       函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。

3.       示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。

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实 验 报 告

声速的测量

【实验目的】

1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速

2.学会用逐差法进行数据处理；

3.了解声速与介质参数的关系。

【实验原理】

由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。

超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为： (1)

由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用  (2) 表示，若测得声波传播所经过的距离L和传播时间t，也可获得声速。

1.共振干涉法

实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即

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物理实验报告

姓名：           专业：                 班级：                学号：               

实验日期：         实验教室：     5107        指导教师：                  

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超声波测光速---仿真实验报告

实验日期：                     教师审批签字：

实验人：                             审批日期： 

一、实验目的

1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2. 了解超声波的产生、发射、接收方法。

3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。

二、实验仪器及仪器使用方法

 （一）实验仪器

1 超声声速测定仪（主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺）

2 函数信号发生器

3 示波器。

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专业班级：材料91 姓名： 09021010

一、实验目的

（1）、了解超声波的发射和接收方法。

（2）、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。

（3）、掌握用干涉法和相位法测声速。

二、实验原理

由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，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（共装置图。

波与发射波叠加，它们波动方程分别是：

叠加后合成波为：

的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：

( n =0,1,2,3??)

的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：

( n =0,1,2,3??)

因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。 相位比较法测波长：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=2∏x/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∏。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

三、实验仪器

超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。 函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。 示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。

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《声速测量》实验预习报告

一、    实验原理

1．      理论计算

理想气体中声波的传播速度为

其中，γ为比热容比，Ｍ是气体的摩尔质量，Ｔ是绝对温度，Ｒ＝(mol·K)

在室温t下，干燥空气中的声速为

其中，，。

但实际中空气并不是干燥的，所以修正的结果为

其中，r为相对湿度，p_s为饱和蒸汽压，。

2．      实验方法

由于，故只要测出频率和波长，就可以求出声速。

其中，声波频率由声源振动频率得到，再用相位法测得波长即可。波可以看成是相位的传播。沿传播方向上的任意两点，只要他们的振动状态相同，即同相或者相位差为２π的整数倍，这时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，即。

当在发射器的声波中沿传播方向移动接受器时，总可以找到一个位置，使得接受器接受到的电信号和发射器的激励电信号同相。继续移动接受器，知道接受的信号再一次和激励电信号同相的时候，移过的距离必然等于声波的波长。利用利萨如图形在两个电信号同相或反相时椭圆退化为友斜或左斜直线即可判断。

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大学物理实验教案

实验名称：空气中声速的测定

1、实验目的

（1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。

（2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。

（3）学会用逐差法处理数据。

2、实验仪器

超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B、示波器ST16B。

3、实验原理

3．1  实验原理  

声速V、频率f和波长λ之间的关系式为。如果能用实验方法测量声波的频率f和波长λ，即可求得声速V。常用的测量声速的方法有以下两种。

3．2  实验方法

3．2．1  驻波共振法（简称驻波法）

发出的超声波和反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。

驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中，、即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为：

            （1）

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          液体中超声波声速的测定

人耳能听到的声波，其频率在16Hz到20kHz范围内。超过20Hz的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。

一、     实验目的

1． 了解超声波的产生方法及超声光栅的原理

2． 测定超声波在液体中的传播速度

二、     实验仪器

分光计，超声光栅盒，钠光灯，数字频率计，高频振荡器。

三、     实验原理

将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。

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