声速测量

【实验目的】

1. 学习在超声中用振幅极值法则测量声速的方法;

2. 掌握相关仪器（示波器、信号发生器、频率计等）的使用知识 【实验仪器】

示波器、低频信号发生器（附数字频率计）、SW—1型号声速测量仪、同轴电缆。

图1 实验仪器实物图

【实验原理】

图2 声速测量实验原理图 声速是一描述声媒介中转播快慢的一个物理量，那么声音既然是波，就有固定的频率和波长。声速可以利用关系式v测得。声波频率可用频率计直接测量，声波波长的测量则采用振幅极值法去测量。其原理为，由发射器（声源）发射出一定频率的平面声波，经空气传播到相距一定距离的接收器，如果发射面与接受面垂直，这样在发射面与接受面之间形成入射波与反射波的多次叠加，当发射面与接收面之间的距离L为/2 的整数倍时，空气中形成稳定的驻波共振现象，此时驻波振幅达到列极大，同时接收面上声压波腹也相应达到极大值。因此，在保持声源的频率不变的情况下，改变发射器与接受器之间的距离L，

则在一系列特定距离位置上，出现接受器处声压振幅为极大值的位置L1、L2、L3、。。。。而相邻两次极大值的间距离应满足下式：

Ln1Ln2 （1）

则

v2(Ln1Ln) （2）

注：该实验还可用相位比较法测量声波波长，由波动原理可知，若发射面与接受面距离为L，则发射处的波与接收处的波的相位差为：

2L (3)

当形成稳定驻波时

Ln2

则：

n （4）

实验时通过改变L，用利萨如图形理论，观察的变化，当相位改变一个时，相应L改变半个波长2，由此可求出波长。

【实验内容与步骤】 1. 调制测试系统

按图2连接电路，将两换能器的距离调整到大约5 cm左右，然后调节谐振频率（20~10KHz，因换能器而异），直到示波器上的电压信号达到最大值。 2. 用振幅极值法测量声波波长

调节示波器，直到荧光屏上显示稳定的波形，然后连续调节接收器A2到发射器A1的距离。测出相继产生10个极大值的位置Xi，用逐差法测算出波长。 3. 用测量公式求出声速

vv01tT0

v0331.45m/s

T0=273.15K tC (室温)

把以上结果与测量值比较，估算不确定度，并进行实验分析。

【数据记录及处理】 N Xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

【思考题】

1. 换能器的反射面与发射面过小，或不垂直会对实验产生什么影响？

2. 低频信号发生器，换能器，示波器，使用过程中要注意什么？他们是如何完成实验流程的？

3. 能否设计出另外一套声速测量实验？ 4. 影响实验结果的主要因素有那些？