​声速的测定实验报告，声速的测定实验误差分析

声速的测定实验报告，声速的测定实验误差分析

声速的测定实验报告，这是世界上第一个用激光测量声速的实验报告。但是由于当时技术水平有限，这个实验只能作为一个参考，并没有得到应用。直到上世纪60年代，美国科学家发明了一种新型的测量仪器，这种仪器可以精确测量声速，并且可以在几秒钟内测量出来。这个仪器的出现彻底改变了了人类对宇宙的认知，也让人类的探索范围不断扩大。

一：声速的测定实验报告

一、实验目的

1．能够调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2. 了解超声波的产生、发射、接收 *** 。

3. 用驻波法（共振干涉法）、相位比较法测波长和声速。

二、实验仪器及仪器使用 ***

（一）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

3 示波器。

（二）仪器使用 ***

1、连接测量电路。连线时鼠标选中接口，然后按住不放，拖到需要连接的另一接口后松开鼠标。如已有连线，则此操作将去掉连线。鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查，检查连线是否正确。

2、调整仪器。双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。

（1）示波器的使用与调整。请先调整好聚焦。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。频率选择35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。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换能器的共振频率。

（3）超声速测定仪的使用。1通过游标卡尺来测量左右换能器间的距离。2当把鼠标移动到右边的换能器上后，会出现“ßà”标志，表明此时可以移动。按下鼠标左键向左移动，按下右键向右移动。移动的幅度可以通过“调节状态”的“粗调”和“细调”来控制。

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。

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，它们波动方程分别为

叠加后合成波为：

当x= ( n =0,1,2,3……)时为波腹，当x= ( n =0,1,2,3……)时为波节。相临波腹（波节）间距离为，故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：  （其中l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。

五、实验 ***

驻波法

相位法

六、实验结论及误差分析

1、  用驻波法测得声速v=358.37m/s ,误差为

用相位法测得声速v=363.52m/s ,误差为

2、误差分析

1、对于驻波法，调节波的振幅时，由于在振幅最大与最小附近变化不明显，因此可能读数时并非是处于振幅最大与最小处，导致求得的波长不准。

2、对于相位法，调节游标卡尺时，肉眼观察图案成为一条线时，实际可能没有完全重合，导致求得的波长不准。

3、建议

1、多次测量求平均值。

2、改进软件性能，使分辨率提高

二：声速的测定实验误差分析

误差原因：

1、频率源不稳定

2、频率计不准确

3、运行速度不准确

4、介质（一般是空气）不稳定，受干扰，风吹

5、多台仪器放在一起，相互干扰

6、如果是超声波，距离太远造成声波衰减过大，引起测频的判别误差。

7、测定发射信号与接收信号的谐振频率时不够准确，可能导致误差。

8、由于电路中乘法运算器等并非完全在理想状态下工作的系统误差。

9、利用数据采集卡处理数据和读取数据时可能产生误差。

三：声速的测定实验报告数据

实验目的

测量声音在空气中的传播速度。

实验仪器

下面是实验用到的器材：

至少拥有两个通道的示波器两个驻极体话筒两个 10 kΩ 的电阻可调电源

我使用了可调电源，并且把电压调节到了 10 伏，但使用 9 伏的电池，或是从 USB 或其他什么地方引出的 5 伏直流电应该也是可以的。

实验原理

要想测量一个物体的运动速度，我们需要两个量：距离和时间，然后套入下面的公式就可以计算出速度：

计算公式

实验步骤

在本实验中我们将两个话筒间隔 0.5 米放置，然后站在两个话筒的一侧（不要站在两个话筒的中间）拍手，示波器触发后，用示波器的光标测量功能计算出话筒接受声音信号的时间差，这个时间差即是声音传播 0.5 米的时间。

具体步骤如下：

将两个话筒间隔 0.5 米放置。然后示波器通道 1 和 通道 2 探头分别接到话筒的输出端。站在两个话筒的一侧拍手触发后，用示波器的光标测量功能测量两个话筒输出波形的时间差。

测试步骤说明：

第一步中将话筒距离设置为 0.5 米是因为我手头上刚好有 50 cm 的尺子，你也可以用其他的距离，比如 1 米，但是别太短。第四步中，我测试的是两个通道波形的第一个波峰之间的时间差，当然你也可以测量其他的波峰或是波谷。

话筒的简单的驱动如下：

话筒的简单的驱动

示波器的设置如下：

通道1 电压档位：1 伏，耦合模式：交流通道 2 电压档位：1 伏，耦合模式：交流时基：400us触发模式调节为单次触发

通道的耦合模式调节为交流可以过滤掉话筒的直流信号

两个话筒布置如下图：

两个话筒间隔 0.5 米

数据计算

示波器光标测量结果如下图：

光标测量结果

从图中可以看出两个的时间差为：1.44 ms, 转换为秒则为：0.00144 秒。计算如下：

速度 = 0.5 / 0.00144 = 347 米/秒

四：声速的测定实验报告数据记录

1.提出问题 如何测出声音的速度? 2.猜想与假设 如果在一定距离内听到声音要多少时间? 3.实验步骤 步骤应该就是实施实验,第三是实验器材的话,就是要秒表. 4.实施实验 在一个山谷中,站在距离峭壁680M的地方大叫一声,同时按下秒表计时. 然后在听到第一声回声时按下秒表得到听到回声的时间. 5.结论 就是用距离680M*2除以时间就可以得出声音的速度了

大学物理实验有一个经典的试验就叫声速的测量，你可以参照一下。