大学物理仿真实验实验报告
试验日期：
实验者：
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超声波测声速
一 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：
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
1）声速的测量实验仪器
包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
2）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。
4）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
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。
*注意事项
1．确保换能器S1和S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。
三 数据记录与处理
基础数据记录
谐振频率=33.5kHz
驻波法测量声速
表1 驻波法测量声速数据
i
1i（cm）
i+6
1i+6（cm）
λi= (1i+6-1i) /3（cm）
1
9.060
7
12.232
1.057
2
9.574
8
12.774
1.067
3
10.122
9
13.316
1.065
4
10.652
10
13.820
1.056
5
11.178
11
14.352
1.058
6
11.700
12
14.846
1.048
λ的平均值： SKIPIF 1 < 0 1.0585（cm）
λ的不确定度：
SKIPIF 1 < 0 ＝0.002（cm）
因为，λi= (1i+6-1i) /3，Δ仪=0.02mm
所以， SKIPIF 1 < 0 0.000544（cm）
SKIPIF 1 < 0 0.021（mm）
计算声速：
SKIPIF 1 < 0 （m/s）
计算不确定度： SKIPIF 1 < 0
实验结果表示：υ=（354±3）m/s，=0.8%
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
1i（cm）
i+7
1i+7（cm）
λi= (1i+7-1i)/7（cm）
谐振频率
1
8.162
8
15.926
1.109
f=32.0kHz
2
9.282
9
17.050
1.110
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
λ的平均值： SKIPIF 1 < 0 1.1041（cm）
λ的不确定度：
SKIPIF 1 < 0 ＝0.002（cm）
因为，λi= (1i+7-1i) /7，Δ仪=0.02mm
所以， SKIPIF 1 < 0 0.000233（cm）
SKIPIF 1 < 0 0.020（mm）
计算声速：
SKIPIF 1 < 0 （m/s）
计算不确定度： SKIPIF 1 < 0
实验结果表示：υ=（353±3）m/s，B=0.8%
四 实验结论
1 利用驻波法测得声速为υ=（354±3）m/s
2 利用相位法测得声速为υ=（353±3）m/s
五 实验思考题
1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？
答： 能。因为v = f λ，已知频率f，而且波长λ也能通过示波器图像读 出
所以可以用驻波法测量出声速。
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。