《基础物理实验》课程实验教案（PPT讲稿）声速的测定

声速的测量物理实验中心

声速的测量 物理实验中心

实验目的1、学会用振幅法何位相法测定空气中的声速2、学习数字式函数发生器、示波器的使用3、了解声速测量的应用和发展

实 验 目 的 1、学会用振幅法何位相法测定空气 中的声速 2、学习数字式函数发生器、示波器 的使用 3、了解声速测量的应用和发展

目录一、声速的特点二、 声速的实验原理三、声速的测量原理1. 振幅法2. 相位法

目 录 一、声速的特点 二、声速的实验原理 三、声速的测量原理 1. 振幅法 2. 相位法

四、实验仪器1. 声速测量仪2.传感器3.示波器4.信号发生器五、实验内容及现象六、有关声波研究的应用和发展

四、实验仪器 五、实验内容及现象 六、有关声波研究的应用和发展 1.声速测量仪 2.传感器 3.示波器 4.信号发生器

一、声速的特点频率在20～20000Hz的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波。声波是一种机械波。频率超过20000Hz的声波称为超声波。声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，只取决于空气本身的性质，因此有RT二uy-绝热系数，R-摩尔气体常数，u-空气分子的摩尔质量，T-绝对温度下一贝

一、声速的特点 频率在20～20000Hz的声振动在弹性媒质中所 激起的纵波称声波。声波是一种机械波。频率超过 20000Hz的声波称为超声波。声波的频率、波长、速 度、相位等是声波的重要特性。   RT v = 声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，只 取决于空气本身的性质，因此有 γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质 量，T-绝对温度 下一页

由此可见，气体中的声速 和温度T有关，还与比热比 及摩尔质量 μ有关，后两个因素与气体成分有关。因此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。在标准状态下，0 °C时，声速为 v=331.45m／s，显然在t°C时，干燥空气中声速的理论值应为273 .15 + tV, = 331.45273.15由此我们也可以想象，在极地和赤道声音传播的速度是不同的。返回

273.15 273.15 t 331.45 + vt = 由此可见，气体中的声速 v 和温度 T 有关，还与比热 比 γ 及摩尔质量 μ 有关，后两个因素与气体成分有关。因 此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。 在标准状态下，0 oC时，声速为 vo ＝331.45m／s，显 然在 t oC时，干燥空气中声速的理论值应为 由此我们也可以想象，在极地和赤道声音传播的速度是 不同的 。 返回

实验原理二、本实验是对超声波波速的测量。测量声速最简单最有效的方法之一是利用声速、振动频率f和波长入之间的基本关系，即V=f2测出声振动频率f和声波的波长入，就可算出声波的波速"。当然这仅仅是一种最简便的近似测量。实验室中常利用，用振幅法、、相位法测定波长入，由函数发生器或示波器直接读出频率f

二、实验原理 本实验是对超声波波速的测量。测量声速最简单、 最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率 f 和波长 λ 之 间的基本关系，即 v=f λ 测出声振动频率f 和声波的波长λ，就可算出声波 的波速 v。当然这仅仅是一种最简便的近似测量。 实验室中常利用，用振幅法、相位法测定波长λ，由 函数发生器或示波器直接读出频率f

三、测量原理1.振幅法振幅法也称驻波法。发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后，波将在两端面间来回反射,并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振，产生共振驻波现象，波幅达到极大。由纵波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处于波腹。位移声压+大返回

1. 振幅法 振幅法也称驻波法。发射器发出的声波近似于平 面波。经接收器反射后，波将在两端面间来回反射,并 且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍 时发生共振，产生共振驻波现象，波幅达到极大。由纵 波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处 于波腹。 位移 声压 S2 S1 三、测量原理 返回

2. 相位法波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同(同相：相位差为0)或者说其相位差为2元的整数倍时两点间的距离应等于波长入的整数倍，即[ =n 2 (n为一正整数)利用这个公式可测量波长。相位法文可分为行波法和李萨如图形法

2. 相位法 波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。 沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同(同相: 相 位差为0)或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距 离应等于波长λ的整数倍，即 l = n λ (n为一正整数) 利用这个公式可测量波长。 相位法又可分为行波法和李萨如图形法。 下一页

行波法将发射信号和接收信号同时输入到示波器，此时示波器上同時示的發送和接收電信号。当改变两个换能器之间的距离时，发送信号不变，而接收电信号（正弦波）的幅值和位置均发生变化，当接收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时+X2接收器走过的距离，就是信号的波长。1 = 元= x2 -Xi

行波法 将发射信号和接收信号同时输入到示波器，此 时示波器上同時顯示的發送和接收電信号。当改变 两个换能器之间的距离时，发送信号不变，而接收 电信号（正弦波）的幅值和位置均发生变化，当接 收电信号的位置与发射信号的位置前后两次重合时 接收器走过的距离，就是信号的波长。 1 x 2 x 2 1 l =  = x − x 下一页