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声速的测量实验报告声速的测量思考题

声速的测量实验报告一、实验名称：声速的测量二、实验
目的1.了解声速的测量原理；
2.掌握示波器和信号发生器的使用方法。
3.掌握逐差法处理数据三、实验仪器示波器，信号发生

器、声速测量仪四、实验原理在弹性介质中，频率从20Hz到
20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz，称为超声
波，超声波的频率范围在之间。超声波的传播速度，就是声波的
传播速度。超声波具有波长短，易于定向发射等优点，在超声波
段进行声速测量比较方便。
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：，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。
图1：超声波测声速实验装置图图2：
压电陶瓷换能器结构示意图压电陶瓷换能器（变压器）是利
用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其输入部分用正
弦电压信号驱动,通过逆压电效应使其产生振动,振动波通过输入
和输出部分的机械耦合到输出部分,输出部分再通过正压电效应产
生电荷,实现压电体的电能-机械能-电能的两次变换,在压电变压
器的谐振频率下获得最高输出电压。与电磁变压器相比,这具有体

积小,质量轻,功率密度高,效率高,耐击穿,耐高温,不怕燃烧,无电
磁干扰和电磁噪声,且结构简单、便于制作、易批量生产,在某些
领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。此类变压器用于开
关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。
1.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：,求解可得各点振幅最大，称为波腹，对
应的位置：
各点振幅最小，称为波节，对应的位置：
因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置、即可得波长。
2.相位比较法测波长从换能器发出的超声波到达接收器，所

以在同一时刻与处的波有一相位差：其中l是波长，_为和之间距
离)。因为_改变一个波长时，相位差就改变。利用李萨如图形就
可以测得超声波的波长。
图3：不同相位差对应的李萨如图型示例五、实验内容1.调

整仪器使系统处于最佳工作状态，换能器共振频率约为35KHz。
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.确保换能器和端面的平行。
2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率保持一
致。

六、数据处理学生姓名:姚佳俊学号:20__30818指导老师:
张怀作实验时间:2021年5月2日专业年级：石油工
程20__级1、选择合适的超声波频率信号发生器输出信号的频率

（Hz）36500.02、利用驻波法测量波长和声速表1.
利用驻波法测量波长数据表格内容12345678910

移动磁鼓的位置（增加）_n(mm)51.1855.8660.4265.22
69.6274.3279.0283.6888.3492.92移动磁鼓的位置（减

小）_n＇(mm)51.2055.8860.4465.2469.6474.3479.04
83.7088.3692.94平均值Avg_n(mm)51.1955.8760.4365.23
69.6374.3379.0383.6988.3592.93利用逐差法进行数据处
理：
表2.
利用逐差法处理数据表格1234523.1423.1623.26
23.1223.3声波波长：
9.2784（）声速：
338.66（）3、用相位比较法测波长和声速表3.
利用相位比较法测量波长数据表格内容123456789

10移动磁鼓的位置（增加）_n(mm)50.6255.4860.3265.04
69.8274.6279.4484.2089.0093.86移动磁鼓的位置（减

小）_n＇(mm)50.6455.5060.3465.0669.8474.6479.46
84.2289.0293.88平均值Avg_n(mm)50.6355.4960.3365.05

69.8374.6379.4584.2189.0124利用逐差法进行数据处
理：
表4.
利用逐差法处理数据表格1234524.0023.9623.88
23.9624.04声波波长：
9.5872（）声速：
349.93（）计算相对误差：这里取空气温度为，则理论声
速约为。
声速测量值：
344.295（）相对测量误差为：
0.260629%七、思考题20__年11月26日中午，成都的
天空传来三声巨响，几乎全市的人都听到了。随之传来了各种猜
测，不过并没有地面爆炸的迹象。有传言说当时在试飞“歼-20”
战斗机，请解释此现象。
可能为飞机在突破音障时发出的音爆。当物体接近音速时，
会有一股强大的阻