超声波测量声速
实验报告
学院：生命学院班级：生基硕姓名：廖崇兵学号：——大学物理仿真实验
01
实验日期：2011年6月3日—9日 交报告日期：2011年6月10日
1
10123011
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。
图1 实验装置和接线图
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−
λx
y2=Acos2π ft+
叠加后合成波为：
x
y=(2Acos2π)cos2πft
cos2πλ=±1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±n2 (n=0,1,2,3…)； cos2πλ=0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±（2n+1）4 (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。
2
x
λ
x
λ
x
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 (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
λx
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
超声波测量声速
实验报告
学院：生命学院班级：生基硕姓名：廖崇兵学号：——大学物理仿真实验
01
实验日期：2011年6月3日—9日 交报告日期：2011年6月10日
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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。
图1 实验装置和接线图
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−
λx
y2=Acos2π ft+
叠加后合成波为：
x
y=(2Acos2π)cos2πft
cos2πλ=±1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±n2 (n=0,1,2,3…)； cos2πλ=0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±（2n+1）4 (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。
2
x
λ
x
λ
x
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 (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
λx
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