声速的测量1.doc

实 验 报 告 评分： 10 系 09 级 学号 PB09210220 姓名 何华森 日期 2010/10/26 实验题目：声速的测量 实验目的：了解超声波的产生、发射和接收的方法，用干涉法（驻波法）和相位法测量声速。 实验数据： 1. 系统的谐振频率： 2. 驻波法（共振干涉法）测波长和声速数据如下表： 缓缓移动，依次记下每次讯号幅度最大时的位置（波腹的位置）、，……，，共12个值，如下表：（n为出现波腹的次数） 次数n 1 2 3 4 5 6 X/mm 78.10 83.12 88.14 93.14 98.12 103.24 次数n 7 8 9 10 11 12 x/mm 108.18 113.20 118.20 123.22 128.20 133.18 表一：驻波法测得数据 实验开始时室温t=25.0℃,实结束时室温t=25.3℃。 3. 相位比较法测波长和声速数据如下： 缓缓移动，依次记下每次李萨如图形呈现沿左向下直线时的位置，、，……，，共12个值，如下表：（n为呈现直线的次数） 次数n 1 2 3 4 5 6 x/mm 78.80 89.24 99.36 109.42 119.60 130.30 次数n 7 8 9 10 11 12 x/mm 139.80 149.80 160.00 170.40 179.62 190.12 表二：相位比较法测得数据 数据处理： 1. 驻波法测波长和声速： 利用求得如下表：（n为出现波腹的次数） n 1 2 3 4 5 6 △x/mm 30.08 30.08 30.06 30.08 30.08 29.94 求得的平均值和不确定度为 不确定度 已知=2.26, =1.96，C=, 游标卡尺的 再根据得 从而求得为 　　　　 P=0.95 再由得 从而求得波长为 P=0.95 已知f=34.91kHz， 再由v得 从而求得声速为 　　　 P=0.95 2. 相位比较法测波长和声速： 利用求得如下表：（n为呈现直线的次数） n 1 2 3 4 5 6 △x/mm 61.00 60.56 60.64 60.98 60.02 59.82 求得的平均值和不确定度为 已知=2.26, =1.96，C=, 游标卡尺的 再根据得 从而求得为 　　　　 P=0.95 再由得 P=0.95 已知f=34.91kHz， 再由v得 = 从而求得声速为 　　　 P=0.95 3.利用公式计算声速 实验前的室温为，实验后的室温为。取。已知 从而 实验分析： 1. 将用干涉法与相位比较法计算的结果和利用公式计算的结果比较： （1） 干涉法：相对误差为 （2） 相位比较法：相对误差为 （3） 用干涉法 和相位比较法测得的声速都比利用公式计算所得结果大，而用相位比较法测得的结果大于干涉法测得的结果 2.误差分析： （4） 在、之间选择示波器上的讯号幅度最大处为起点，记下此时的频率（正是谐振频率）时，不易确定幅度最大处，从而造成谐振频率并不是真实值； （5） 在干涉法的实验中，确定波腹时，也难以确定幅度在什么时候达到最大，造成x的误差； （6） 在相位比较法的实验中，李萨如图形并不会呈现绝对的直线，而是两段曲线近似重合，难以判断对应的x值； （7） 在实验过程中，由于电源不稳定，造成信号发生器的频率一直在减小； （8） 实际中，空气中的水蒸气和其他杂物的影响不能忽略。 思考题： 1. 固定两换能器的距离改变频率，以求声速，是否可行？ 不可行。因为固定两换能器的距离不变时，调节频率达到谐振时，，但n并不确定，虽然可以通过方程计算出来，但调节时，和都在变，所以不可行。 2. 各种气体中的声速是否相同，为什么？ 不相同。因为声波是机械波，机械波的传播需要弹性媒质，质元之间的弹性力是波得以传播，质元的惯性是波以有限的速度传播。不同的气体就是不同的弹性媒质，其物理性质（如弹性、惯性）必然不同，从而使声波在不同气体中的速度不同。另外，根据，不同气体的M不同，所以v也不同。 实验心得： 通过本次实验，我们掌握了测量声速的几种方法，锻炼了我们的实践能力。实验过程中在确定示波器上波峰在何处达到最大时不好判断需要反复调节，这很好地锻炼了我们的耐心，也培养了我们的仔细认真的科学态度。