西安交通大学实验报告
第 1 页(共10 页）课程：_____大学物理实验____ 实验日期 : 2014 年 11月 30日
专业班号______组别__无___ 交报告日期： 2012 年 12 月 4 日
姓名___ 学号______ 报告退发：（订正、重做)
同组者____________________________ 教师审批签字：
实验名称：超声波测声速
一、实验目的:
1。

了解超声波的产生、发射、和接收方法；
2.用驻波法、相位比较法测量声速。

二、实验仪器：
SV—DH系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源.
三、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.
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:
振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：
振幅最小的各点称为波节，其对应位置：
因此只要测得相邻两波腹（或波节)的位置Xn、Xn—1即可得波长.
2。

相位比较法测波长
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差:。

因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。

利用李萨如图形就可以测得超声波的波长.
四、实验内容
1．接线
2．调整仪器
（1）示波器的使用与调整
使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦.然后鼠标单击示波器的输入信号的接口,把信号输入示波器.接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。

最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X—Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。

输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。

（2）信号发生器的调整
根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V 的一个正弦信号。

由于本实验测声速的方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号,然后再转为电信号进行的,所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。

在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮,观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。

(3）超声速测定仪的使用
在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。

这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图.
3．实验内容
寻找到超声波的频率（就是换能器的共振频率)后,只要测量到信号的波长就可以求得声速.我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长：
（1）驻波法
信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。

改变换能器之间的距离（移动右边的换能器）时，在接收端(把声信号转为电信号的换能器）的信号振幅会相应改变。

当换能器之间的距离为信号波长的一
半时，接受端信号振幅为最大值。

实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出接受端信号，图见前面“调整仪器”中“示波器的使用与调整”部分。

然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的信号幅度.当信号幅度为最大值时,通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。

两个相邻的信号幅度最大时换能器间的距离差就是波长的一半。

（2）相位比较法
由于两个换能器间有距离，这样在两个换能器处的信号有一相位差.当换能器间距离改变一个波长时,相位差改变2p。

实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm—X—Y开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李撒如图(见图11)。

然后，一边移动右边换能器,一边观察示波器上的李撒如图。

当观察到两个信号的相位差改变2时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。

五、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f0保持一致。

六、实验经过及数据记录：
（1）驻波法测声速
连线如图
调节各仪器到如下图所示状态（所示波峰峰值最大）:
读数：3。

98mm ；
再调节声速测试仪，使所示波峰峰值重新达到最大
读数：9。

28mm ；
以此类推,读出多组数据,记录如下所示：
14.36mm19.54mm24.88mm29。

98mm35.28mm 40.42mm45。

66mm50。

74mm55。

94mm61。

12mm 66。

36mm71。

56mm76.82mm81.98mm87.14mm 92.34mm97。

66mm102.76mm108。

04mm113.12mm （2)相位比较法
连线如图
调节各仪器到如下图所示状态:
读数：9。

20mm ；
再调节声速测试仪，使所示波型与前一次相同：
读数：19。

62mm ；
以此类推，读出多组数据，记录如下：
30.00mm40。

42mm50.82mm61.18mm71.62mm
82.00mm92。

42mm102.82mm113。

18mm123。

58mm
七、数据处理：
（1）驻波法
（3。

98mm-9.28mm—14。

36mm-19。

54mm—24。

88mm-29。

98mm-35.28mm-40.42mm-45。

66mm-50.74mm-55。

94mm+61。

12mm+66.36mm+71。

56mm+76。

82mm+81。

98mm+87。

14mm+92。

34mm+97.66mm +102.76mm+108。

04mm +113.12mm)/121=5。

20mm
s m Hz m f V /86.3633500001039.0=⨯==λ
(2）相位比较法
(9。

20mm —19.62mm-30.00mm —40.42mm-50.82mm —61.18mm+71。

62mm+82。

00mm +92。

42mm+102。

82mm+113。

18mm +123.58mm ） /36= 10。

40mm
s m Hz m f V /98.3633500001040.0=⨯==λ
八、实验总结（包括误差分析、结论、建议等）
结论：通过超声波之间的干涉,可以通过测量和计算得到声速的值.
误差分析： s m V /28.34615
.27325145.3310=+
⨯= （设室温为25摄氏度.）
百分误差000011.510028.34628.34698.363=⨯-=
r E ）/346.28=5.11％ 误差可能的原因：
1、在实验进行的过程中，每次依照所示波调节声速测试仪时，都只能靠肉眼察,所以无法准确调到适当位置，存在较大误差。

2、声速测试仪信号源输出的波形可能不是我们想象的那么精确，导致最后所测声速偏大。

建议：多做几次，求平均值。

九、思考题
1．固定距离，改变频率，以求声速。

是否可行?
答:可行。

在距离l 一定时，均匀地改变频率，使所示波峰峰值达到最大亦可得声速。

2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同。

我们知道通常情况下气体声速M RT V λ=
,不同的气体具有不同的分
子量和气体密度，声波的传播速度不同.。