聲速的測量實驗報告

時間：2022-11-05 13:06:23 實驗報告我要投稿

聲速的測量實驗報告

　　在經濟飛速發展的今天，報告不再是罕見的東西，我們在寫報告的時候要注意涵蓋報告的基本要素。一聽到寫報告馬上頭昏腦漲？下面是小編精心整理的聲速的測量實驗報告，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

聲速的測量實驗報告

聲速的測量實驗報告1

　　實驗目的:

　　測量聲音在空氣中的傳播速度。

　　實驗器材:

　　溫度計、卷尺、秒表。

　　實驗地點:

　　平遙縣狀元橋東。

　　實驗人員:

　　愛物學理小組

　　實驗分工:

　　張灝、成立敬——測量時間

　　張海濤——發聲

　　賈興藩——測溫

　　實驗過程:

　　1測量一段開闊地長;

　　2測量人在兩端準備;

　　3計時員揮手致意,發聲人準備發聲;

　　4發生人向上舉手,同時發聲,計時員計時(看到舉手始,聽到聲音止)

　　5多測幾次,記錄數據。

　　實驗結果:

　　時間17∶30

　　溫度21℃

　　發聲時間0.26″

　　發聲距離93m

　　實驗結論:

　　在21℃空氣中,聲音傳播速度為357.69m/s.

　　實驗反思:

　　有一定誤差,卡表不夠準確。

聲速的測量實驗報告2

　　一、【實驗名稱】

　　超聲波聲速的測量

　　二、【實驗目的】

　　1、了解聲速的測量原理

　　2、學習示波器的原理與使用

　　3、學習用逐差法處理數據

　　三、【儀器用具】

　　1、SV-DH-3型聲速測定儀段（資產編號）

　　2、雙蹤示波器（資產編號）

　　3、SVX-3型聲速測定信號源（資產編號）

　　四、【儀器用具】

　　1.超聲波與壓電陶瓷換能器

　　頻率20Hz-20kHz的機械振動在彈性介質中傳播形成聲波，高于20kHz稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長短，易于定向發射等優點，聲速實驗所采用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間。在此頻率范圍內，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發射器、接收器效果最佳。

　　圖1縱向換能器的結構簡圖

　　壓電陶瓷換能器根據它的工作方式，分為縱向（振動）換能器、徑向（振動）換能器及彎曲振動換能器。聲速教學實驗中所用的大多數采用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結構簡圖。

　　2.共振干涉法（駐波法）測量聲速

　　假設在無限聲場中，僅有一個點聲源S1（發射換能器）和一個接收平面（接收換能器S2）。當點聲源發出聲波后，在此聲場中只有一個反射面（即接收換能器平面），并且只產生一次反射。

　　在上述假設條件下，發射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。在S2處產生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信號相位與ξ1相反，幅度A1＜A。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，3合成波束ξξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ) =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)

　　由此可見，合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。

　　圖4所示波形顯示了疊加后的聲波幅度，隨距離按cos(2πx /λ)變化的特征。

　　發射換能器與接收換能器之間的距離

　　圖2換能器間距與合成幅度

　　實驗裝置按圖7所示，圖中S1和S2為壓電陶瓷換能器。S1作為聲波發射器，它由信號源供給頻率為數十千赫的交流電信號，由逆壓電效應發出一平面超聲波；而S2則作為聲波的接收器，壓電效應將接收到的聲壓轉換成電信號。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓信號產生的正弦波形。由于S2在接收聲波的同時還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發射的聲波振幅雖有差異，但二者周期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在S1和S2區域內產生了波的干涉，形成駐波。我們在示波器上觀察到的實際上是這兩個相干波合成后在聲波接收器S2處的振動情況。移動S2位置（即改變S1和S2

　　之間的距離），你從示

　　波器顯示上會發現，當S2在某此位置時振幅有最小值。根據波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/ 2。為了測量聲波的波長，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時，緩慢的改變S1和S2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；S2移動過的距離亦為λ/2。超聲換能器S2至S1之間的距離的改變可通過轉動鼓輪

　　來實現，而超聲波的頻率又可由聲速測試儀信號源頻率顯示窗口直接讀出。

　　圖3用李薩如圖觀察相位變化

　　在連續多次測量相隔半波長的S2的位置變化及聲波頻率f以后，我們可運用測量數據計算出聲速，用逐差法處理測量的數據。

　　3.相位法測量原理

　　由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3即ξ3 =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)即對于波束：ξ1 =Acos（ωt - 2πx /λ)

　　由此可見，在經過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ= 2π △x /λ。如圖5所示。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。

　　4.時差法測量原理

　　連續波經脈沖調制后由發射換能器發射至被測介質中，聲波在介質中傳播，經過t時

　　間后，到達L距離處的接收換能器。由運動定律可知，聲波在介質中傳播的速度可由以下公式求出：

　　速度V=距離L/時間t

　　圖4發射波與接收波

　　通過測量二換能器發射接收平面之間距離L和時間t ,就可以計算出當前介質下的聲波傳播速度。五、【實驗內容】

　　1.儀器在使用之前，加電開機預熱15min。在接通市電后，自動工作在連續波方式，選擇的介質為空氣的初始狀態。

　　2.駐波法測量聲速。 2.1測量裝置的連接：

　　圖5駐波法、相位法連線圖

　　如圖5所示，信號源面板上的發射端換能器接口（S1），用于輸出一定頻率的功率信號，請接至測試架的發射換能器（S1）；信號源面板上的發射端的發射波形Y1，請接至雙蹤示波器的CH1（Y1），用于觀察發射波形；接收換能器（S2）的輸出接至示波器的CH2（Y2）

　　2.2測定壓電陶瓷換能器的最佳工作點

　　只有當換能器S1的發射面和S2的接收面保持平行時才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應將外加的驅動信號頻率調節到換能器S1、S2的諧振頻率點處時，才能較好的進行聲能與電能的.相互轉換（實際上有一個小的通頻帶），以得到較好的實驗效果。按照調節到壓電陶瓷換能器諧振點處的信號頻率，估計一下示波器的掃描時基t/div，并進行調節，使在示波器上獲得穩定波形。

　　超聲換能器工作狀態的調節方法如下：各儀器都正常工作以后，首先調節發射強度旋鈕，使聲速測試儀信號源輸出合適的電壓（8～10VP-P之間），再調整信號頻率（在25～45kHz），選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V～1V/div之間的位置），觀察頻率調整時接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點處（34.5～37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點，記錄頻率FN，改變S1和S2間的距離，適當選擇位置，重新調整，再次測定工作頻率，共測5次，取平均頻率f。

　　2.3測量步驟

　　將測試方法設置到連續波方式，合適選擇相應得測試介質。完成前述2.1、2.2步驟后，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然后轉動距離調節鼓輪，這時波形的幅度會發生變化，記錄下幅度為最大時的距離Li-1，距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或在機械刻度上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，當接收波經變小后再到最大時，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=2│Li -Li-1│，多次測定用逐差法處理數據。

　　3.相位法/李薩如圖法測量波長的步驟

　　將測試方法設置到連續波方式，合適選擇相應的測試介質。完成前述2.1、2.2步驟后，將示波器打到“X-Y”方式，并選擇合適的通道增益。轉動距離調節鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時的距離Li-1；距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或機械刻度尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=│Li -Li-1│

　　用共振干涉法測量聲波的波長的實驗裝置如圖所示。

　　圖中S1和S2為壓電超聲換能器。信號發生器輸出的正弦交流信號加到S1上，由S1完成電聲轉換，作為聲源，發出波前近似為平面的聲波；S2作為超聲波接收換能器，將接收到的聲信號轉換成電信號，然后接入示波器觀察。S2在接收聲波的同時，其表面還反射一部分聲波。當S1與S2的表面互相平行時，往返于S1與S2之間的聲波發生干涉而形成駐波。

　　依波動理論，設沿X方向射出的入射波方程為

　　y1=Acos(ωt-2πλx)

　　反射波方程為

　　y2=Acos(ωt+2πλx)

　　式中，A為聲源振幅；ω為角頻率；2πxλ為由于波動傳播到坐標x處(t時刻)引起的位相變化。

　　在任意時刻t，空氣中某一位置處的合振動方程為

　　y=y1+y2=(2Acos2πλx)cosωt

　　上式即為駐波方程。

　　當cos2πλx=1，即2πλx=kπ時，在x=k·λ2 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最大，稱為波腹或聲振幅的極大值。

　　當cos2πλx=0，即2πλx=(2k+1)π2時，在x=(2k+1)·λ4 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最小，稱為波節或聲振幅的極小值。

　　改變兩換能器之間的距離，當二者之間的距離是半波長的整數倍時，在發射換能器和接收換能器處，聲波的幅度（聲壓）都達到極大值，此時稱為“共振”。在相鄰極大值之間，兩換能器間的距離變化量為λ/2。由波腹(或波節)條件可知，相鄰兩個波腹(或波節)間的距離為λ2，當S1和S2間的距離L恰好等于半波長(5)

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