1、大学物理实验报告石 家 庄 铁 道 大 学 物 理 实 验 中 心 第 1 页 共 4 页实 验 名 称 ： 声 速 测 量姓名 学号 班级 桌 号 同组人 指导教师 教 室 第一实验楼 411 实验时间 2012 年 月 日 时段 一、实验目的1. 了解声波在空气中和水中的传播速度与媒质状态参量的关系；2. 学习两种测量空气、水中声速的方法；二、实验仪器与器件声速测定仪；低频信号发生器；示波器；电缆线三条三、实验原理及计算公式：1. 声波在空气中的传播速度在理想气体中的传播速度： RTv式中 是气体的比热比和摩尔质量，T 为绝对温度，R 为普适气体常数。由上式可知，声、速仅与气体的温度和性质
2、有关，与声源的频率无关。在传播媒质的温度为 t0C 时，干燥空气声速为：00131.506(/)27.tvvtmsT2. 测量声速的实验方法声速的测量方法可分为两类：第一类：直接根据传播距离 S 和所需时间 t 与声速的关系式 V=S/t，测量传播距离 S 和所需时间 t 后即可算出声速，称为“时差法” 。这是工程应用中常用的方法。第二类：利用声源波长、频率与声速的关系式 ，测量出声波频率 f 和波长 ，算出vf声速 v。本实验用第二类方法测量声速。 其中：声波频率 f 可直接由信号发生器的频率读出，本实验的主要任务是测量声波的波长。波长可以用下面两种方法测量：（1）共振干涉法：声波在 S1（
3、声波源） 、S 2（接收器）之间，形成相互干涉叠加，叠加的波可近似地看作具有弦驻波加行波的特征。根据驻波波节与波长的关系： L 波节 = 可测量波长。2评分声速测量石 家 庄 铁 道 大 学 物 理 实 验 中 心 第 2 页 共 4 页（2）相位比较法：根据行波特点：沿波传播方向上的任何两点，其相位和声源相位之间的相位差相等时，这两点间的距离就是波长的整数倍。据此可以测量波长。四、 实验内容及步骤1 共振干涉法测空气中的声速（1）按图 7-5-4 接好实验装置。 即： 声波源 S1与_相接，接收器S2与_相接。调节 S1和 S2的端面相互平行，并与移动方向相互垂直；调节信号发生器的_参数（大
4、约_） ，使_与_形成共振。当系统发生共振时，在示波器屏上将看到_图形。且声压最大处对应图形的_位置。（2）先进行粗测，在示波器屏上观察在测量范围内是否保证有_个清晰的测试点。然后测量 L 值。2 相位比较法测空气中的声速（1）按图 7-5-6 接好实验装置。即： 声波源 S1与_相接并与示波器_相接，接收器 S2与_相接。调节 S1和 S2的端面相互平行，并与移动方向相互垂直；调节信号发生器的_参数（大约_） ，使示波器屏上看到_图形。当示波器屏上出现_时，即为测量点的标记位置。（2）先进行粗测，在示波器屏上观察在测量范围内是否保证有_个清晰的测试点。然后测量 L 值。3 利用共振干涉法、相
5、位比较法测水中的声速将上述连接好的实验装置放入专用的水槽中，并与上面测量空气中的声速方法、步骤相同，测量声波在水中的传播速度。五、注意事项声波源 S 接在信号源的功率输出端！测量前一定要调好共振频率！测量水中声速时注意水位的控制！。六、实验内容及实验数据处理1 共振干涉法测空气中声速 （声源频率 ；室温 ）fkHz0tC振幅最大位置 L0 L5 L1 L6 L2 L7 L3 L8 L4 L9LI测量值 5iii01ii2ABLLuu25L5vf= 22()fvuvu声速测量石 家 庄 铁 道 大 学 物 理 实 验 中 心 第 3 页 共 4 页31.506vt理 论 v测 量 理 论2 相位
6、比较法测空气中声速 （声源频率 ；室温 ）fkHz0tC位相差 的位置 L0 L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li测量值 5iii01ii2ABLLuu25L 5vf= 22()fvuvu31.06t理 论 测 量 理 论3. 相位比较法测水中声速（声源频率 ；室温 ）fkHz0tC位相差 的位置 L0 L5L1L6L2L7L3L8L4L9Li测量值 5iii01ii2ABLLuu25L 5vf= 22()fvuvu七、定性分析测量结果的误差原因声速测量石 家 庄 铁 道 大 学 物 理 实 验 中 心 第 4 页 共 4 页八、预习作业题1 声速与那些因素有关？测量时为什么选择超声波作为声源？2 为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测量？怎样判断并调整系统的谐振状态？九、作业题1 用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？2 定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减小的原因。 （提示：是否为平面波、反射面的大小、传播和界面是否吸收等）
