1 西安交通大学 大学物理仿真实验 实验报告 ——声速的测量 * *** * 学 号 ： ********** 学 院 ： 电 信 学 院 班 级 ： 计 算 机 22 班 2 一 、 实 验 目 的 1. 了解超声波的产生、发射和接收的方法； 2. 用驻波法和相位比较法测声速。 二 、 实 验 仪 器 1. 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。 2. 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。 3. 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李萨如图形。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 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：y1 = Acos2π(ft − xλ) y2 = Acos2π(ft + xλ) 叠加后合成波为： y = (2Acos2πxλ) cos2πft cos2π xλ = ± 1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x = ± n λ2 (n=0,1,2,3…)； cos2π xλ = 0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x = ± （2n + 1） λ4 (n=0,1,2,3…)。 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。 图1 实验装置和接线图 3 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：φ =2π xλ (其中λ是波长，x 为S1和S2之间距离)。因为 x 改变一个波长时，相位差就改变 2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 四 、 实 验 步 骤 1. 连接仪器。 按照图 1 连接好仪器，使用前开机预热 10min，自动工作在连续被方式，选择的介质为空气，观察S1和S2是否平行。 图 2 接线截图 2. 测量信号源的输出频率ᵁᵼ 。 将示波器调整为 y-t 模式，观察到正弦信号的波形，使S1和S2间的距离约为 5cm；调节信号发射强度，波幅为 5V，在350（100MHz）附近调节频率，同时观察波形，使信号幅度最大，此时频率为 329（100MHz），即为本系统的谐振频率。 3. ...
