篇一 :实验39 空气中声速的测定

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V?f?。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)

S1发出的超声波和S2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,S1、S2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:

L?n,n?1,2,3??

2 (1)

即当S1和S2之间的距离L等于声波半波长的整数倍时,驻波系统处于共振状态,驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L不满足(1)式时,驻波系统偏离共振状态,驻波振幅随之减小。

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篇二 :声速测定实验报告

实验39 空气中声速的测定

数据表格及处理(参考内容) (一)驻波法 用逐差法处理数据

表一 驻波法测声速 声波频率f= kHz 次序 0 1 2 3 4 5

Li?10m?

?3

次序 6 7 8 9 10 11

Li?6(10

?3

m)

Li?6?Li(10m)

?3

平均值?Li?6?Li?(10?3m)

几个计算公式: (1) 平均值标准偏差

声速测定实验报告

SL

i?6

?Li

?

uli?(

声速测定实验报告

2)

?ml(游标卡尺的分度值?m=0.02mm)

li

(3

声速测定实验报告

) 逐

声速测定实验报告

差法uL

i?6

?Li

??

(4) 合成不确定度

uf?(5)

声速测定实验报告

?muLi?6?Li?SL2i?6?Li?u2Li?6?Li (其中?mf?f示值?1%)

(6) 声速测量的平均值及不确定度

V?1

3f?Li?6?Li?

声速测定实验报告

EV? uV?EVV

V?V?uV

(二)相位法(参考驻波法)〔注意事项〕

1. 调节仪器时应严格按照教师或说明书的要求进行,以免损坏仪器。

2. 测量过程中仔细将频率调整到压电换能器的谐振频率。

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篇三 :大学物理实验报告-声速的测量

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:v???f(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v?L/t(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S1和S2为压电晶体换能器,S1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;S2为超声波接收器,声波传至它的接收面上时,再被反射。当S1和S2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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篇四 :实验报告 声速的测定

实验报告 声速的测定-驻波法测声速

20xx301020xx2 吴雨桥 13级弘毅班 物理科学与技术学院 本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。

【实验目的】

(1)学会用驻波法测定空气中的声速。

(2)了解压电换能器的功能,熟悉低频信号发生器和示波器的使用。

(3)掌握用逐差法处理实验数据。

【实验器材】

声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。

【仪器介绍】

声波驻波仪如图所示,在量程为50cm的游标尺的量爪上,相向安置两个固有频率相同的压电换能器。移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离L。

压电换能器是实现声波(机械振动)和电信号相互转换的装置,它的

主要部件是压电陶瓷换能片。当输给一个电信号时,换能器便按电信号的频率做机械振动,从而推动空气分子振动产生平面声波。当它受到机械振动后,又会将机械振动转换为电信号。

压电换能器S1作为平面声波发射器,电信号由低频信号发生器供给,电信号的频率读数由数字频率计读出;压电换能器S2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上,转换的电信号由毫伏表指示。为了在两换能器的端面间形成驻波,两端面必须严格平行。

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篇五 :哈工大大物实验--空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验--空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验空气中声速的测量实验报告

哈工大大物实验空气中声速的测量实验报告

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篇六 :声速测定实验报告

声速测定实验报告

【实验目的】

1.了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。

2.学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。

3.通过用时差法对多种介质的测量,了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。

【实验原理】

在波动过程中波速V、波长?和频率f之间存在着下列关系:V?f??,实验中可通过测定声波的波长?和频率f来求得声速V。常用的方法有共振干涉法与相位比较法。

声波传播的距离L与传播的时间t存在下列关系:L?V?t ,只要测出L和t就可测出声波传播的速度V,这就是时差法测量声速的原理。

1.共振干涉法(驻波法)测量声速的原理:

当二束幅度相同,方向相反的声波相交时,产生干涉现象,出现驻波。对于波束1:时,叠加后的波形成波束3:F3?2A?cos?2??X/???cos? t,这里?为声波的角频率,t为经过的时间,X为经过的距离。由此可见,叠加后的声波幅度,随距离按F1?A?cos(? t?2??X/?)、波束2:F2?A?cos?? t?2??X/??,当它们相交会cos?2??X/??变化。如图28.1所示。 压电陶瓷换能器S1作为声波发射器,它由信号源供给频率为数千周的交流电信号,由逆压电效应发出一平面超声波;而换能器S2则作为声波的接收器,正压电效应将接收到的声压转换成电信号,该信号输入示波器,我们在示波器上可看到一组由声压信号产生的正弦波形。声源S1发出的声波,经介质传播到S2,在接收声波信号的同时反射部分声波信号,如果接收面(S2)与发射面(S1)严格平行,入射波即在接收面上垂直反射,入射波与发射波相干涉形成驻波。我们在示波器上观察到的实际上是这两个相干波合成后在声波接收器S2处的振动情况。移动S2位置(即改变S1与S2之间的距离),你从示波器显示上会发现当S2在某些位置时振幅有最小值或最大值。根据波的干涉理论可以知道:任何二相邻的振幅最

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篇七 :声速的测量与示波器的使用实验报告(张志林)

声速的测量与示波器的使用实验报告张志林

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY

实 验 题 目: 声速的测量与示波器的使用

姓 名: 张志林

物理实验报告

物理实验教学中心

实 验 报 告

一、实验题目:声速的测量与示波器的使用

二、实验目的:

1.了解声波在空气中的传播速度与气体状态参数之间的关系;

2.了解压电换能器的功能,加深对驻波及振动合成理论的理解;

3.掌握示波器的使用方法;

4.学会一种测量空气中声速的方法。

三、实验仪器:

ZKY-SSA型超声声速测定仪、XD-7S低频信号发生器及COS5020B型通用示波器。

四、实验原理(原理图、公式推导和文字说明):

1.声波在空气中的传播速度

在空气中传播的声波的传播速度(声速)可写为

声速的测量与示波器的使用实验报告张志林

(1) 其中,ρ是气体的密度;X是压缩系数。由于气体的压缩与稀疏部分的传播速度很快,可以认为是绝热的,因此在理想气体状态近似下,有X=1/(γp),将其代入上式,得

声速的测量与示波器的使用实验报告张志林

声速的测量与示波器的使用实验报告张志林

v?? (2) 式中,R=8.31 J/(mol·K)为摩尔气体常量;M是气体的摩尔质量;γ为比热容v?比;T为热力学温度。声速与气体的温度、摩尔质量及比热容比有关,后两个参数与气体成分有关。利用摄氏温标与热力学温标之间的换算关系,可将式(2)用摄氏温标表示为

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篇八 :测量声速的实验报告

测量声速(实验报告) 实验目的:

1)探究影响声速的因素,超声波产生和接收的原理。

2)学习、掌握空气中声速的测量方法

3)了解、实践液体、固体中的声速测量方法。

4)三种声速测量方法作初步的比较研究。 实验仪器:

1)超声波发射器

2)超声波探测器

3)平移与位置显示部件。

4)信号发生器:

5)示波器

实验原理:

1)空气中:

a.在理想气体中声波的传播速度为

测量声速的实验报告

v?

(式中??cpcV (1) 称为质量热容比,也称“比热[容]比”,它是气体的质

量定压热容cp与质量定容热容cV的比值;M 是气体的摩尔质量,T是绝

对温度,R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1为摩尔气体常量。)

标准干燥空气的平均摩尔质量为Mst =28.966?10-3kg/mol b.在标准状态下(T0?273.15K,p?101.3?kPa),干燥空气中的声速为v0=331.5m/s。在室温t℃下,干燥空气中的声速为

v?v0

测量声速的实验报告

(2) (T0=273.15K) c.然而实际空气总会有一些水蒸气。当空气中的相对湿度为r时,若气温为t℃时饱和蒸气压为pS,则水汽分压为rps。经过对空气平

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