《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）力学——声速的测量

实验十四声速的测量声波是在弹性媒质中传播的一种机械波、纵波，其在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关通过媒质中声速的测量，可以了解被测媒质的特性或状态变化，因而声速测量有非常广泛的应用，如无损检测测距和定位、测气体温度的瞬间变化测液体的流速、测材料的弹性模量等

声波是在弹性媒质中传播的一种机 械波、纵波，其在媒质中的传播速度与 媒质的特性及状态等因素有关。 通过媒质中声速的测量，可以了解 被测媒质的特性或状态变化，因而声速 测量有非常广泛的应用，如无损检测、 测距和定位、测气体温度的瞬间变化、 测液体的流速、测材料的弹性模量等。 实验十四 声速的测量

实验目的了解超声波的产生、发射和接收的方法2.通过实验了解压电陶瓷传感器的功能，3.进一步掌握示波器和信号发生器的使用4．用共振干涉法、相位比较法测量声速，并加深对有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解

实验目的 1．了解超声波的产生、发射和接收的方法。 2．通过实验了解压电陶瓷传感器的功能。 3．进一步掌握示波器和信号发生器的使用。 4. 用共振干涉法、相位比较法测量声速，并 加深对有关共振、振动合成、波的干涉等理论 知识的理解

实验仪器

实 验 仪 器

实验原理如果声波在媒质中t时间内传播的距离为L，则声速为V=L/t声速的大小与声波的频率无关，仅决定于媒质的性质温度是影响空气中声速的主要因素。在温度为t时，干燥空气的声速为=273.15K+T波动理论可知，声速、声源的振动频率和声波波长间的关系为V=f入

实验原理 如果声波在媒质中 t 时间内传播的距离为 L，则声速为 v = L/t 声速的大小与声波的频率无关，仅决定于媒质的性质， 温度是影响空气中声速的主要因素。在温度为t℃时， 干燥空气的声速为 波动理论可知，声速、声源的振动频率和声波波长间 的关系为 v = fλ 0 1 , 273.15 t v v T K T = + =

由于空气实际上并不是干燥的，总含有一些水蒸汽经过对空气摩尔质量和比热比的修正，在温度为toC、相对湿度为y的空气中，声速为1+0.31v = 331.5.1+Ps为t=0°C时空气的饱和蒸汽压

由于空气实际上并不是干燥的，总含有一些水蒸汽， 经过对空气摩尔质量和比热比的修正，在温度为 t0C、相对湿度为γ的空气中，声速为 0 331.5 (1 )(1 0.31 )s t γP v T P = + + Ps为t＝0°C时空气的饱和蒸汽压

实验方法1.共振干涉法（驻波法）由声源发出的平面波经前方垂直于×轴的刚性平面反射后，反射波与入射波发生干涉而形成驻波，相邻两电压最大值（或最小值）之间的距离即为N2合装胎图1声压变化与接收器间的关系

实验方法 1.共振干涉法（驻波法） 由声源发出的平面波经前方垂直于x轴的刚性平面 反射后，反射波与入射波发生干涉而形成驻波，相邻 两电压最大值（或最小值）之间的距离即为λ/2。 图1声压变化与接收器间的关系

2.相位比较法波的传播是振动状态的传播，声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的，即是相位的传播。但它和声源的振动相位差不随时间变化。发射换能器和接收换能器两信号间的相位差Aβ与它们的间距L有如下关系：△0=2T△L/入接收换能器每移动半个波长的距离，相位将改变Ⅱ。呷中大9+9=3/4="/49="h①=元9=0图2相位差不同时的李萨如图形

2.相位比较法 波的传播是振动状态的传播，声源S1发 出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点 的振动相位是随时间而变化的，即是相位的传播。但 它和声源的振动相位差不随时间变化。发射换能器和 接收换能器两信号间的相位差Δφ与它们的间距ΔL有 如下关系： Δφ=2πΔL/λ 接收换能器每移动半个波长的距离，相位将改变π。 图2相位差不同时的李萨如图形

通过信号故用共振于涉法或相位比较法测得波长，源读出频率，代入公式即可求出声速

故用共振干涉法或相位比较法测得波长，通过信号 源读出频率，代入公式即可求出声速

数据处理（1）驻波法测量声速，，逐个记下振幅最大的X1、X2X10共10个点，单次测量的波长。逐差法处理这十个数据，即可得到波长入。（2）相位法测量声速，依次记下示波器屏上斜率负、正变化的直线出现的对应位置X1、X2X3。单次波长。多次测定用逐差法处理数据，即可得到波长入

数据处理 （1）驻波法测量声速，逐个记下振幅最大的X1、X2.X10共10 个点，单次测量的波长 。逐差法处理这十个数据，即可得到波 长λ 。 （2）相位法测量声速，依次记下示波器屏上斜率负、正变化的 直线出现的对应位置X1、X2.X3。单次波长。多次测定用逐差法 处理数据，即可得到波长λ