大学物理仿真实验实验报告
试验日期： 实验者： 班级： 学号：
超声波测声速
一
实验原理
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：
v = f λ ，只要知道频率和波长
就可以求出波速。 本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。
驻波法测波长
由声源发出的平面波经前方的平面反射后， 入射波与发射波叠加， 它们波动方程分别
是：
叠加后合成波为：
的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：
( n =0,1,2,3
⋯⋯)
的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：
( n =0,1,2,3
⋯⋯)
二
实验仪器
1）声速的测量实验仪器
包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器
2）超声声速测定仪
主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3）函数信号发生器
提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4）示波器
示波器的 x, y 轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
三
实验内容
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。
* 注意事项
1．确保换能器 S1和 S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率
f 0保持一致。
三
数据记录与处理
1． 基础数据记录
谐振频率 =33.5kHz
2． 驻波法测量声速
1i
i 1 2 3 4 5 6
λ 的平均值：
（ cm）
表 1 i+6 7 8 9 10 11 12
i
9.060 9.574 10.122 10.652 11.178 11.700
驻波法测量声速数据 1 （ cm） λ
i= (1i+6-1i) /3（ cm） i+6
12.232 1.057 12.774 1.067 13.316 1.065 13.820 1.056 14.352 1.058 14.846 1.048
1 6 6
i 1
1.0585（cm）
λ 的不确定度：
6
(
i 1
i
) 2 1) 2
S
＝ 0.002（ cm）
i (i
因为， λ i= (1i+6-1i) /3，仪=0.02mm 所以， u
仪3 3
S2 u2
＝ 0.000544（ cm）
0.021（mm ）
计算声速：
f
f354.50 （ m/s）
f 1%
0.2 (kHz)
计算不确定度：
3 ( f
) 2 (
f )
2
3 (m/s)
实验结果表示： υ =（ 354±3）m/s ，=0.8%
3． 相位比较法测量声速
表 2
i 1 2
1 i（ cm） 8.162 9.282
8 9
相位比较法测量声速数据（相位变换 i+7
2π ）
谐振频率
1i+7（ cm）
15.926 17.050
λ i= (1i+7-1i)/7（ cm）
1.109 1.110
f=32.0kHz
3 10400 10 18.220 1.107 4 11.512 11 19.206 1.099 5 12.600 12 20.290 1.099 6 13.722 13 21.460 1.105 7 14.832
14 22.532 1.100
λ 的平均值：1 7
7
（cm） i
1.1041
i
1 λ 的不确定度：
7
(
i
) 2
Si 1
＝0.002（ cm）
i (i 1) 因为， λ i= (1i+7-1i) /7，仪 =0.02mm
所以， u
2
仪＝ 0.000233（ cm）
7 3
S2 u2
0.020（ mm ）
计算声速：
f
353.31 （ m/s）
f 1%
f
0.2 (kHz)
计算不确定度：
3
( f
) 2 (
f )
2
3 (m/s)
实验结果表示： υ =（ 353±3）m/s ，B=0.8%
实验结论
1 利用驻波法测得声速为 υ=（354±3）m/s 2
利用相位法测得声速为
υ=（353±3 ）m/s
实验思考题
1 ．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？
答： 能。因为 v = f λ ，已知频率 f ，而且波长 λ 也能通过示波器图像读所以可以用驻波法测量出声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？
答：不同。声波在不同介质中有不同的波长、频率和速度。
四
五
出
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