吉林师范大学：《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）声速的测量

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声波是一种在弹性介质中传播的机械波，频率低于20Hz的声波称为次声波，高于20kHz的称为超声波，介于两者之间的成为可闻声波（能够被人听到）。声波在介质中的传播速度与介质的特性及状态有关。因而通过媒质中声速的测量，可以了解介质的特性或状态变化。因此声速的测定在工业生产上具有一定的实用意义

声波是一种在弹性介质中传播的机械波，频率 低于20Hz的声波称为次声波，高于20kHz的称为超 声波，介于两者之间的成为可闻声波（能够被人听 到）。 声波在介质中的传播速度与介质的特性及状态 有关。因而通过媒质中声速的测量，可以了解介质 的特性或状态变化。因此声速的测定在工业生产上 具有一定的实用意义

实验目的了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。学习使用共振干涉法、相位比较法测量声速。学习示波器的使用

实验目的 ◆了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成 等理论知识的理解。 ◆学习使用共振干涉法、相位比较法测量声速。 ◆学习示波器的使用

实验仪器声速测定仪，声速测定专用信号源，示波器36662接收换能器S2S1发射换能器由声速测定专用信号源供给正弦电压信信号源放大器号给S1发射换能器，通过发射换能器发射换能器传播接收换能器S1产生超声波，再由接收换能器S2把接收到的超声波声压转换成电压信号：示波器最后通过信号源放大，利用示波器观察

声速测定仪，声速测定专用信号源，示波器 实验仪器 由声速测定专用信号源供给正弦电压信 号给S1发射换能器，通过发射换能器 S1产生超声波，再由接收换能器S2把 接收到的超声波声压转换成电压信号， 最后通过信号源放大，利用示波器观察 S1发射换能器 接收换能器S2

实验原理声波作为一种机械波，它的波速V、波长2和频率f存在看下列关系：V=f元常用的方法有共振干涉法和相位比较法

声波作为一种机械波，它的波速v、波长 和频率f 存在着下列关系：  常用的方法有共振干涉法和相位比较法。 实验原理

共振干涉法（驻波法）测量声速原理声源发出的声波经前方的刚性反射平面后，入射波和反射波会发生干涉，形成驻波。F,=Acos(ot-2元XFFF, = A cos(ot+ 2nXa)F, = F + F, = 2A cos(2aX/)cos(at)F2の为声波的角频率，t为传播时间X为声源和反射面之间的距离101226S2A cos(2元X/)叠加后的声波振幅为相邻的两个振幅最大值之间的距离为声波波长的一半X=

叠加后的声波振幅为 相邻的两个振幅最大值之间的距离为声波波长的一半 2  = X  F1 F2 F3 声源发出的声波经前方的刚性反射平面后，入射波 和反射波会发生干涉，形成驻波。 共振干涉法（驻波法）测量声速原理 为声波的角频率，t 为传播时间 X 为声源和反射面之间的距离 

相位法测量声速原理声波的本质是振动状态的传播，也可说是位相的传播。但是介质中任一点的振动相位和声源的振动相位差是不随时间变化。.△@=2元X/2

相位法测量声速原理 声波的本质是振动状态的传播，也可说是位相的传播。 但是介质中任一点的振动相位和声源的振动相位差是不随时 间变化。 

A@=2元X/元()0=0（)0=（C)0=元（)0=3元()0=2元改变声源（S）和刚性反射面（S）之间的距离X，就相当于改变发射波和接收波之间的位相差，示波器上的图形也随X的变化不断变化。显然，当S1、S之间距离改变半个波长X=2/2，则△=元。随着振动位相差的变化，李萨如图形也会从斜率为正的直线变为椭圆，再变到斜率为负的直线。因此，每移动半个波长，就会重复出现斜率符号相反的直线

改变声源（S1）和刚性反射面（S2）之间的距离X， 就相当于改变发射波和接收波之间的位相差，示波器上 的图形也随X的变化不断变化。显然，当S1、S2之间距离 改变半个波长 ,则 。随着振动位相差的变 化，李萨如图形也会从斜率为正的直线变为椭圆，再变 到斜率为负的直线。因此，每移动半个波长，就会重复 出现斜率符号相反的直线。 X =  2  =  

实验步骤谐振频率的调节1.按电路图连接电路2.打开示波器，选择CH1通道，能够观测到正弦波3.调节专用信号源的“频率粗调”或“频率细调”，观察示波器上图形的变化，使正弦波振幅最大。记录信号源上显示的频率f。然后改变声速测定仪S和S，之间的距离，再次调节“频率细调”至正弦波振幅最大（压电换能器S，和S相匹配频率点）。共测5次，算出平均频率f

实验步骤 谐振频率的调节 1. 按电路图连接电路 2. 打开示波器，选择CH1通道，能够观测到正弦波 3. 调节专用信号源的“频率粗调”或“频率细调”，观察示波 器上图形的变化，使正弦波振幅最大。记录信号源上显示 的频率fi。然后改变声速测定仪S1和S2之间的距离，再次调 节“频率细调”至正弦波振幅最大（压电换能器S1和S2相匹 配频率点）。共测5次，算出平均频率f

共振法、相位法线路连接示波器CH1CH2QC信号源声速测定仪发射接收发射输出发射波形QCC

CH1 CH2 示波器 信号源 发射输出 发射波形 声速测定仪 发射 接收 共振法、相位法线路连接