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大学物理仿真实验实验报告
试验日期：
实验者：
班级：
学号：
超声波测声速
一 实验原理
v = f λ，只要知道频率和波长由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：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。下图是 超声波测声速实验装置图。
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：
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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……)二 实验仪器
）声速的测量实验仪器1 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
）超声声速测定仪2 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3）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4x, 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 示波器的上的图形。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。
三 实验内容
．调整仪器使系统处于最佳工作状态。1 ．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。2 ．用相位比较法测波长和声速。3.
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注意事项* 端面的平行。和S21．确保换能器S1 ．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f保持一致。2
三 数据记录与处理 基础数据记录1．=33.5kHz 谐振频率
驻波法测量声速2． 驻波法测量声速数据表1
i+6 i cmλ= (1-11（ cm）) /3（） 1（cm）iiii+6i+61.057 7 1 12.232 9.060
1.067 8 2 9.574 12.774
1.065 10.122 3 9 13.316
1.056 10.652 4 13.820 10
14.352 11 5 11.178 1.058
12 14.846 6
1.048
11.700
1 1.0585（λ的平均值：cm） i6i?1λ的不确定度：
6?2)?(i1iS＝0.002（cm） ?i(i?1)因为，λ= (1-1) /3，Δ=0.02mm iii+62?＝u?0.000544（cm） 所以，?仪3322?Su0.021（mm） ?计算声速：
354.?f50（m/s）
f?1%0?.2 (kHz)f3 计算不确定度：223 ?((m/s)(?f))fυ（±）m/s，354=0.8%实验结果表示：3=
3． 相位比较法测量声速
表2 相位比较法测量声速数据（相位变换2π）
i
1（cm） i
i+7
1（cm） i+7
λ= (1-1)/7（cm） ii+7i
谐振频率
1
8.162
8
15.926
1.109
f=32.0kHz
2
9.282
9
17.050
1.110
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3
10400
10
18.220
1.107
4
11.512
11
19.206
1.099
5
12.600
12
20.290
1.099
6
13.722
13
21.460
1.105
7
14.832
14
22.532
1.100
71? ? ）λ的平均值：1.1041（cm i71?i λ的不确定度：7?2)(?i1?i?S ）0.002（cm＝?)1(i?i=0.02mm ，Δ= (1-1) /7因为，λii+7i2＝u ）（cm所以，0.000233?仪3722?Su mm）0.020（? 计算声速：31353?f.? m/s）（%?1f?(kHz) ?2?0.f3 计算不确定度：22?(m/s) ()f?(3)f）±υ（ ，353m/s3实验结果表示：=B=0.8% 实验结论四）（±υ 1 利用驻波法测得声速为m/s354=3）±υ（ 2 利用相位法测得声速为m/s=3353实验思考题 五
1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？
出ff λ，已知频率，而且波长λ也能通过示波器图像读= 因为 答：能。v
所以可以用驻波法测量出声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同。声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。
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