大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測量？聲速340m／s， 1 . 聲音的發(fā)生：由物體的振動而產(chǎn)生。振動停止，發(fā)聲也停止。2．聲音的傳播：聲音靠介質(zhì)傳播。真空不能傳聲。通常我們聽到的聲音是靠空氣傳來的。3．聲速：在空氣中傳播速度是：340米/秒。那么，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測量？一起來了解一下吧。
實(shí)驗(yàn)原理
由波動理論可知，波速與波長、頻率有如下關(guān)系：v = f λ，只要知道頻率和波長就可以求出波速。本實(shí)驗(yàn)通過低頻信號發(fā)生器控制換能器，信號發(fā)生器的輸出頻率就是聲波頻率。聲波的波長用駐波法（共振干涉法）和行波法（相位比較法）測量。下圖是超聲波測聲速實(shí)驗(yàn)裝置圖。
n駐波法測波長
由聲源發(fā)出的平面波經(jīng)前方的平面反射后，入射波與發(fā)射波疊加，它們波動方程分別是：
疊加后合成波為：
y = ( 2Acos2pX/l ) cos2p ft
cos2pX/l = ±1 的各點(diǎn)振幅最大，稱為波腹，對應(yīng)的位置：
X =±nl/2 ( n =0,1,2,3……)
cos2pX/l = 0 的各點(diǎn)振幅最小，稱為波節(jié)，對應(yīng)的位置：
X = ±(2n+1)l/4 ( n =0,1,2,3……)
因此只要測得相鄰兩波腹（或波節(jié)）的位置Xn、Xn-1即可得波長。
n相位比較法測波長
從換能器S1發(fā)出的超聲波到達(dá)接收器S2，所以在同一時刻S1與S2處的波有一相位差：j = 2px/l其中l(wèi)是波長，x為S1和S2之間距離?8?8。因?yàn)閤改變一個波長時，相位差就改變2p。利用李薩如圖形就可以測得超聲波的波長。
實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)
n了解超聲波的發(fā)射和接收方法。
簡單介紹一種用"時差法"測量固體媒質(zhì)中聲速的實(shí)驗(yàn)裝置.用單片機(jī)產(chǎn)生單個脈沖驅(qū)動固定在固體棒一端的壓電器件,聲波沿固體棒傳播,為固定在另一端的壓電器件所接收,單片機(jī)測量脈沖發(fā)送至接收的時間差,從而計(jì)算聲波在固體媒質(zhì)中的傳播速度.聲速測量是目前大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常設(shè)的實(shí)驗(yàn)之一,聲速測量方法主要可分兩類:第一類是通過測量聲波通過一定距離的時間間隔而計(jì)算出聲速.
共振干涉法測量聲速
假設(shè)在無限聲場中，僅有一個點(diǎn)聲源S1（發(fā)射換能器）和一個接收平面（接收換能器S2）。當(dāng)點(diǎn)聲源發(fā)出聲波后，在此聲場中只有一個反射面（即接收換能器平面），并且只產(chǎn)生一次反射。
在上述假設(shè)條件下，發(fā)射波ξ1=Acos （ωt+2πx /λ)。在S2處產(chǎn)生反射，反射波ξ2=A 1cos （ωt+2πx /λ)，信號相位與ξ1相反，幅度A 1＜A 。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，合成波束ξ3
則有：ξ3=ξ1+ξ2=(A 1+A 2）cos （ωt-2πx /λ)+A 1cos （ωt+2πx /λ) =A 1cos(2πx /λ)cos ωt+A 2cos （ωt - 2πx /λ)
合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。
從實(shí)驗(yàn)室所采用的儀器和實(shí)驗(yàn)過程來看，主要誤差來源有以下幾點(diǎn)：
1、在發(fā)射換能器與接收換能器之間有可能不是嚴(yán)格的駐波場；
2、調(diào)節(jié)超聲波的諧振頻率時出現(xiàn)誤差；
3、示波器上判斷極大值的位置不準(zhǔn)確也會引入人為的和儀器的誤差。
在發(fā)射換能器與接收換能器之間有可能不是嚴(yán)格的駐波場。由發(fā)射換能器的發(fā)射面發(fā)射的超聲波在空氣中傳播時并不是全以簡諧波傳播；
而在近場區(qū)表現(xiàn)出沒有周期性規(guī)律的特征，直到遠(yuǎn)場區(qū)才能近似認(rèn)為是簡諧波，可是只有入射波為簡諧波，經(jīng)反射疊加后才能形成駐波，從而測得兩相鄰極大值的間距。當(dāng)發(fā)射面與反射面相距10cm左右時，正好處于遠(yuǎn)場區(qū)的開始階段，入射波不能近似為標(biāo)準(zhǔn)的簡諧波。
因此與反射波疊加后不為標(biāo)準(zhǔn)的駐波,任意兩相鄰極大值的間距不等,導(dǎo)致在不同位置測得的兩相鄰極大值間的距離λ/2不同,由此計(jì)算所得的超聲波聲速就會有較大的誤差。
擴(kuò)展資料：
在測量超聲波聲速過程中，當(dāng)信號發(fā)生器輸出的正弦波頻率與聲速測量儀發(fā)射換能器中壓電陶瓷環(huán)的固有頻率相等時，該正弦波頻率稱為諧振頻率，在諧振頻率下，示波器上會出現(xiàn)電壓信號的最大值，發(fā)射換能器工作頻率等于其本身的諧振基頻時，其工作狀態(tài)是最佳的；
可以取得最大的發(fā)射功率和效率。
聲速的測定實(shí)驗(yàn)原理是由于超聲波具有波長短,易于定向發(fā)射、易被反射等優(yōu)點(diǎn)。在超聲波段進(jìn)行聲速測量的優(yōu)點(diǎn)還在于超聲波的波長短,可以在短距離較精確的測出聲速。
超聲波的發(fā)射與接收一般通過電磁振動與機(jī)械振動的相互轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn),最常 見的方法就是利用壓電效應(yīng)與磁致伸縮效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)驗(yàn)采用的就是壓電陶瓷制 成的換能器(探頭),這種壓電陶瓷可以在機(jī)械振動與交流電壓之間雙向換能。
聲速的測量簡單最、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關(guān)系，即實(shí)驗(yàn)時用結(jié)構(gòu)相同的一對（發(fā)射器和接收器）超聲壓電陶瓷換能器，來作聲壓與電壓之間的轉(zhuǎn)換。
利用示波器觀察超聲波的振幅和相位，用振幅法和相位法測定波長，由示波器直接讀出頻率f。
（一）諧振頻率超聲壓電陶瓷換能器是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部件，每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率，當(dāng)換能器的工作頻率處于諧振狀態(tài)時，發(fā)射器發(fā)出的超聲波功率Z大，是Z佳工作狀態(tài)。
（二）振幅法，由發(fā)射器發(fā)出的聲波近似于平面波。經(jīng)接收器反射后，波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射并且疊加。當(dāng)兩個換能器之間的距離等于半波長的整數(shù)倍時發(fā)生共振，產(chǎn)生共振駐波現(xiàn)象，波幅達(dá)到極大。
由縱波的性質(zhì)可以證明，振動位移處于波節(jié)時，則聲壓是處于波腹。
以上就是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)聲速的測量的全部內(nèi)容，入射波不能近似為標(biāo)準(zhǔn)的簡諧波。因此與反射波疊加后不為標(biāo)準(zhǔn)的駐波,任意兩相鄰極大值的間距不等,導(dǎo)致在不同位置測得的兩相鄰極大值間的距離λ/2不同,由此計(jì)算所得的超聲波聲速就會有較大的誤差。
