声速的测定实验报告.docx

声速的测定实验报告
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、低频信号发生黑的使用方法。
（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ST16B0
3、 实验原理
3. 1实验原理
声速V、频率f和波长X之间的关系式为如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长入，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）
Si发出的超声波和S2反射的超芦波在它们之间的区域相干涉而形成驻波。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， Si、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Si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。
移动S2,可以连续地改变L的大小。由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即 S2所移过的距离为：
—+1 — \ 72 2 2 （2）
2 2
可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L改变了亍。此距离亍可由超声声速 测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据v=^f,就 可求出声速。
3. 2. 2两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法）
在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形一一称为沙如图 形。其轨迹方程为：
—| +[— - - ^|）= Silf （<f>y - ^!）
\A\J \Ai） A\Ai （5）
在一般情况下，此沙如图形为椭圆。当相位差2 =必—时，由（5）式，得〉 即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16-2 （a） ]o
当 - 2时，得A 人2 ，轨迹为以坐标轴为主轴的椭圆
当口讣-机"时，得・ A ,轨迹为处于第二和第四象限的一条直线。
改变$和S2之间的距离L,相当于改变了发射波和接受波之间的相位差 （△0 = 02 一必），荧光屏上的图形也随之变化。显然，L每变化半个波长（即 '~L,l+l~Lll~2 ,位相差就变化”。随着振动相位差从0—兀的变化，沙如图形就 按图16——2（a） - （b） 一 （c）变化。因此，每移动半个波长，就会重复出现斜率符号相反 的直线。测得波长和频率f,根据V=fA,就可计算出声速。
4、实验容
（1） 熟悉声速测定仪
该仪器由支架、游标卡尺和两只超声压电换能器组成。两只超声压电换能器的位置分别 与游标卡尺的主尺和游标相对定位，所以两只换能器相对位置距离的变化量可由游标卡尺直 接读出。
两只超声压电换能器，一只为发射声波用（电声转换），一只为接收声波（声电转换）, 其结构完全相同。发射器的平面端面用以产生平面声波；接收器的平面端面则为声波的接收 面和反射面。压电换能黠产生的波具有平面性、单色性好以及方向性强的特点。同时可以控 制频率在超声