空气介质的声速测量

++++声速测量数据处理范例

1． 数据记录

共振频率

f37585Hz,mf5Hz

表一 驻波法测接收器的位置

次序 1 2 3 4 5 6

mX0.02mm

Ximm

0.00 4.51 9.32 14.08 18.47 23.26

次序 7 8 9 10 11 12

Ximm

27.67 32.34 36.97 41.40 46.18 50.59

Xi6Ximm

27.67 27.83 27.65 27.32 27.71 27.33

表二 相位法测接收器的位置

次序 1 2 3 4

5 6

mX0.02mm

Ximm

52.32 47.54 43.12 38.29 33.61 29.06

次序 7 8 9 10 11 12

Ximm

24.39 19.84 15.28 10.52 5.91 1.24

XiXi6mm

27.93 27.70

27.84 27.77 27.70 27.82

2． 数据处理

f：f37585Hz，

uf



2.9Hz

，

Ef0.000077

1）驻波法：

X：

根据肖维涅准则检查，无坏值。（若有坏值应剔除）

X

Xi



6Xi27.58mm

SX0.086mm

uXAtvpS1.110.086

0.095mm

uXBm0.016mmC

，

uX0.096mm

0.096

0.0034

27.58X

X27.58103

vff37585345.5msv：33

E

X



EV0.0034

uX

uvvEv345.50.00341.2ms

所以用驻波法测得空气中的声速为：

vvuv3462msP0.683

Ev0.34%

2)相位法：

X：

根据肖维涅准则检查，无坏值。

XXiXi627.79mm

SX0.036mm

uXAtvpSX1.110.036

0.040mm

uXBm

0.016mmC

，

uX0.043mm

0.043

0.001527.79X

X27.79103

vff37585

348.2msv：33

EX



EV0.0015

所以用驻波法测得空气中的声速为：

uX

uvvEv348.20.00150.52s

vvuv348.20.6msP0.683

Ev0.15%

讨论：

1、声速测量中共振干涉法、相位法有何异同

从波源上说，干涉法、相位法用的是连续波，时差法用的是脉冲波。从测量仪器上说，干涉法、相位法要用示波器、刻尺和频率计，时差法用的是计时仪器和刻尺。从原理上说，干涉法、相位法原理相同，均是发射波和返回波形成驻波（在力学里对应的称共振），测量波腹到波腹之间的距离或驻波相位差为2Pi（两个波腹到波腹之间的距离）距离来计算波速（波腹到波腹之间的距离为声波长的1/2,用波长乘以频率既得声速），这种方法的优点是通过示波器观测波形直观，又可以讲解驻波和李萨如图形，涉及知识点较多，一般学校都会选择这两种方法做测量，缺点是波腹和相位差所对应的示波器波形判断人为因素太大，测量出来的数据偏差较大；时差法所用为脉冲波，可人为改变接收器到发射器的距离，测量脉冲发射到接收的时间差，用距离改变量除以时间改变量即可，优点是人为因素少，测量精度高，缺点（对于实验教学来说）涉及的内容少，操作太简单。

2、为什么发射换能器的发射面与接收换能器的接收面要保持互相平行？

发射换能器发送的能量是垂直发射面传播的，接受换能器接受的能量是垂直接受面接受的。如果不让两面的中心垂线对正，你的传送的能量就有损失。

3、为什么声速测量仪上的距离调节鼓轮要向一个方向转动？

为避免齿轮的空程差，移动过程中鼓轮要始终沿同一方向摇动、、、、、回程差，因为螺丝变向时，它会白走一点距离，螺母的丝与螺杆的丝之间是有空隙的。、、、、、指的是读数显微镜或类似的仪器？

因为移动标尺是通过刻有螺旋槽的转杆与鼓轮相连，转动鼓轮，螺旋纹旋转推动移动标尺。螺旋槽有宽度，反向旋转鼓轮会造成一个螺距的误差。 4、为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？

因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率

就可以获得声速的大小！

5、如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态？

一般系统的谐振状态都有一个固定的频率值。可以用频率计进行测量然后进行比较即可。谐振状态时应当是振荡最大的状态，向左向右调振荡都会减少的状态。

++++声速测量数据处理范例

1． 数据记录

共振频率

f37585Hz,mf5Hz

表一 驻波法测接收器的位置

次序 1 2 3 4 5 6

mX0.02mm

Ximm

0.00 4.51 9.32 14.08 18.47 23.26

次序 7 8 9 10 11 12

Ximm

27.67 32.34 36.97 41.40 46.18 50.59

Xi6Ximm

27.67 27.83 27.65 27.32 27.71 27.33

表二 相位法测接收器的位置

次序 1 2 3 4

5 6

mX0.02mm

Ximm

52.32 47.54 43.12 38.29 33.61 29.06

次序 7 8 9 10 11 12

Ximm

24.39 19.84 15.28 10.52 5.91 1.24

XiXi6mm

27.93 27.70

27.84 27.77 27.70 27.82

2． 数据处理

f：f37585Hz，

uf



2.9Hz

，

Ef0.000077

1）驻波法：

X：

根据肖维涅准则检查，无坏值。（若有坏值应剔除）

X

Xi



6Xi27.58mm

SX0.086mm

uXAtvpS1.110.086

0.095mm

uXBm0.016mmC

，

uX0.096mm

0.096

0.0034

27.58X

X27.58103

vff37585345.5msv：33

E

X



EV0.0034

uX

uvvEv345.50.00341.2ms

所以用驻波法测得空气中的声速为：

vvuv3462msP0.683

Ev0.34%

2)相位法：

X：

根据肖维涅准则检查，无坏值。

XXiXi627.79mm

SX0.036mm

uXAtvpSX1.110.036

0.040mm

uXBm

0.016mmC

，

uX0.043mm

0.043

0.001527.79X

X27.79103

vff37585

348.2msv：33

EX



EV0.0015

所以用驻波法测得空气中的声速为：

uX

uvvEv348.20.00150.52s

vvuv348.20.6msP0.683

Ev0.15%

讨论：

1、声速测量中共振干涉法、相位法有何异同

从波源上说，干涉法、相位法用的是连续波，时差法用的是脉冲波。从测量仪器上说，干涉法、相位法要用示波器、刻尺和频率计，时差法用的是计时仪器和刻尺。从原理上说，干涉法、相位法原理相同，均是发射波和返回波形成驻波（在力学里对应的称共振），测量波腹到波腹之间的距离或驻波相位差为2Pi（两个波腹到波腹之间的距离）距离来计算波速（波腹到波腹之间的距离为声波长的1/2,用波长乘以频率既得声速），这种方法的优点是通过示波器观测波形直观，又可以讲解驻波和李萨如图形，涉及知识点较多，一般学校都会选择这两种方法做测量，缺点是波腹和相位差所对应的示波器波形判断人为因素太大，测量出来的数据偏差较大；时差法所用为脉冲波，可人为改变接收器到发射器的距离，测量脉冲发射到接收的时间差，用距离改变量除以时间改变量即可，优点是人为因素少，测量精度高，缺点（对于实验教学来说）涉及的内容少，操作太简单。

2、为什么发射换能器的发射面与接收换能器的接收面要保持互相平行？

发射换能器发送的能量是垂直发射面传播的，接受换能器接受的能量是垂直接受面接受的。如果不让两面的中心垂线对正，你的传送的能量就有损失。

3、为什么声速测量仪上的距离调节鼓轮要向一个方向转动？

为避免齿轮的空程差，移动过程中鼓轮要始终沿同一方向摇动、、、、、回程差，因为螺丝变向时，它会白走一点距离，螺母的丝与螺杆的丝之间是有空隙的。、、、、、指的是读数显微镜或类似的仪器？

因为移动标尺是通过刻有螺旋槽的转杆与鼓轮相连，转动鼓轮，螺旋纹旋转推动移动标尺。螺旋槽有宽度，反向旋转鼓轮会造成一个螺距的误差。 4、为什么要在谐振频率条件下进行声速测量？

因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率

就可以获得声速的大小！

5、如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态？

一般系统的谐振状态都有一个固定的频率值。可以用频率计进行测量然后进行比较即可。谐振状态时应当是振荡最大的状态，向左向右调振荡都会减少的状态。