姓名：姚家村；学号：5120180426；班级：软件1803；教师________；信箱号：______预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节；座位号：_______预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称：声速的测量二、实验目的1.掌握驻波法和相位比较法及时差法测量声速的原理。
2.了解压电换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
3.加深对驻波及振动合成理论的理解。
三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)声速的测量方法：1.根据波动理论，测量声波频率和波长得到声速u。
，在该式子中，频率由声速测试仪的信号源频率显示窗口直接得出，而波长可以跟用共振干涉法即驻波法和相位比较法来测量。
（1）共振干涉法：s1和s2为压电陶瓷换能器，S1作为声波发射器，S2作为声波接收器，信号源提供数万频率的交流电信号给S1声波发射器，S2收到后转换为电信号，输入示波器，，可以看到一组声压信号产生的正旋波形。
根据波的干涉理论可以知道：任何两相邻的振幅最大值的位置之间或者两相邻的振幅最小值的位置之间，距离均为，要测量波长，在观察示波器上波形幅值的同时，缓慢的改变发射器S1与S2之间的位置距离，这样在示波器上就可以看到波形幅值不断地由最大变道最小在变到最大，两个相邻的最大振幅之间所对应的接收器S2移动过的距离为，超声换能器S2和S1之间的距离可以通过转动鼓轮实现变化。
连续多次测量相隔半波长的S2的位置变化以及声波频率f之后，运用数据的出声速，这里要使用逐差法处理测量的数据。
（2）相位比较法：声波发射器S1发出的超声波通过介质传到S2，在S1,S2之间的相位差为当，L每改变一个波长，相位差之间的变化，通过观察相位差的变化，就可以得出，得出声速。
的测定一般是用相互垂直的两个振动的合成的李萨如图形来进行。
发射器S1的信号输入为X轴，接收器S2的信号输入为Y轴，一般选择右斜线作为测量起点，移动S2的时候注意当L变换一个波长时，会出现相同斜率的直线，可以得出声波的波长。
2.运动学理论测量声速发射器发射声波至被测介质中，声波此时在介质中传播，经过t时间后，到达接收器，发射器与接收器之间的距离为L，那么由于运动学公式我们可以得出，声波在介质中的传播速度为，表示声波速度，表示距离，表示时间。
四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）1.调整仪器是系统处于最佳的工作状态仪器在使用之前要先开机预热15分钟。
测量装置连接正确，声波发射器正确连接用于输出一定频率的功率信号，接收器正确连接到示波器上的CH2通道，并且将示波器的通道开关调整到CH2通道。
2.用驻波法（共振干涉法）测量波长和声速。
想要得到清晰的接受波形，需要将外加的驱动信号频率调节到换能器S1，S2的谐振频率附近，发生共振，这样声能和电能之间的相互转换才能有更好的效果，对实验结果有更好的帮助。
测量波长的时候选择合适的发射强度，选好谐振频率，转动距离调节鼓轮，波形会发生变化，记录下幅度为最大时的坐标Li。
再向前或者向后移动坐标，当接受波经过变小后在变到最大时，记录下此时的坐标Li+1，就可以得到声波波长，用逐差法处理数据。
3.用相位比较法测波长和声速。
正确连接好电路，同样选择合适的发射强度，测出共振频率后，将示波器X-Y方式或示波器扫描旋钮关闭，选择合适的示波器通道档，示波器出现李萨如图形，转动鼓轮，移动S2的距离，图形发生变化，当图形变为一条斜线是，记录下此时的坐标Li，再向前或者向后移动距离，再次变成一条斜线，这时接受波的相位差为记录下此时的而坐标Li+1，可以得出声波波长，多次测定，逐差法处理数据。
注意：确保换能器S1和S2的端面的平行。
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。
五、数据记录1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）主要有仪器有：示波器，信号发生器，声速仪2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）表1. 共振干涉法数据表格测量顺序点测量点坐标1 2.442 7.193 12.074 16.975 21.836 26.677 31.508 36.409 41.2210 46.08表2. 相位比较法数据表格（f = kHz, 室温t = 25℃）测量顺序点测量点坐标1 4.802 14.503 24.124 33.905 43.546 53.207 62.908 72.569 82.3010 92.00六、实验数据整理及数据处理（★需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。
要求表格清晰完整，有效数字位数正确，符号、单位清楚，写出必要的过程，运算过程规范，结果表达式正确）共振干涉法数据表格f=35KHz测量顺序点测量点坐标I/mm λ=2/5|I（i）-I（i+5）|1 2.44 9.692 0.0000236 26.672 7.19 9.724 0.0001257 31.503 12.07 9.732 0.0001258 36.404 16.97 9.7 0.0001639 41.225 21.83 9.7 0.00002310 46.089.710 0.00046波长的平均值相位比较法数据表格测量顺序点测量点坐标I/mm λ=2/5|I（i）-I（i+5）|1 4.80 9.68 0.0000166 53.202 14.50 9.68 0.0000167 62.903 24.12 9.688 0.0000168 72.564 33.90 9.68 0.0000169 82.305 43.54 9.692 0.00006410 92.00波长λ的平均值9.684 0.000128(1)由（=273.15K, T=t+, = 331.45m/s), 计算在该室温下超声波在空气中传播速度的公认值：= ____346.285m/s______.（公认25摄氏度下声音在空气中的速度为346m/s ）(2) 计算共振干涉法测量超声波在空气中的传播速度= _____339.85m/s___，并将与比较求相对误差 = ____1.85%________.(3) 计算用相位比较法测出超声波在空气中的传播速度= 338.94m/s____，并将与比较求相对误差 = _2.12%_____.(4) 评定标准不确定度 (用共振干涉法、相位比较法分别进行下面的计算).波长的=0.01mm 频率的=1Hz共振干涉法 相位比较法521:()/5(51)i i S λλλλ==-⨯-=∑0.0077_。
521:()/5(51)ii S λλλλ==-⨯-=∑_0.0025__。
/3u λ=∆=仪_____0.0057____。
/3u λ=∆=仪__0.0057_______。
22S u λλλσ=+=__0.0095___。
22S u λλλσ=+=_____0.0061____。
:0f f S =:0f f S =/3f u =∆=仪_____0.57____。
/3f u =∆=仪___0.57______。
/3f f u σ==∆=仪___0.57______。
/3f f u σ==∆=仪_0.57___。
22:/f r v v E v f λσσσλ⎛⎫⎛⎫==+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭共=1.6%22:/f r v v E v f λσσσλ⎛⎫⎛⎫==+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭共=1.6%v r v E σ=⋅=共_____5.4376____。
v r v E σ=⋅=位_5.4230____。
v v σ±=共测量结果：__334.4124-345.2876__。
v v σ±=位测量结果：__332.917-344.363__。
七、分析讨论: ①回答教材课后思考题 ②实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？③实验后对实验原理和方法的新认识 ④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 ⑤实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 ⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。
①回答教材课后思考题1．固定距离，改变频率，以求声速。
是否可行？答：可行，确定距离，改变频率，记录使得波形最大使得一组频率数据，根据波长与频率的关系，亦可求得声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？答：不相同。
气体类型不同，气体密度与分子量也不一定相同，故声速不同。
②实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？ 示波器的操作上还不太会，看到实验指导后得以解决③实验后对实验原理和方法的新认识共振干涉和相位法本质一样，都是利用周2113期性信号相位关系来测量。
不同之处是：共振干涉是调节频率，找出共振频5261率，然后计算声速。
④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 暂无⑤实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 利用尖锐声脉冲信号的传播,直接用公式测出声音在空气中的传播速度⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。
暂无。