文档介绍：西安交通大学
大学物理仿真实验
实验报告
——声速的测量
姓名：林丽
学号：2120505028
学院：电信学院
班级：计算机22班
实验目的
了解超声波的产生、发射和接收的方法；
用驻波法和相位比较法测声速。
实验仪器
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。
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。
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。
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
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=Acos2πft-xλ
y2=Acos2πft+xλ
叠加后合成波为：
y=(2Acos2πxλ)cos2πft
cos2πxλ=±1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±nλ2 (n=0,1,2,3…)；
cos2πxλ=0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±（2n+1）λ4 (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。
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=2πxλ (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2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
实验步骤
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
测量信号源的输出频率f0。
将示波器调整为y-t模式，观察到正弦信号的波形，使S1和S2间的距离约为5cm；调节信号发射强度，波幅为5V，在350（100MHz）附近调节频率，同时观察波形，使信号幅度最大，此时频率为329（100MHz），即为本系统的谐振频率。
驻波法测波长和声速。
向右缓慢移动S2，观察示波器正弦信号的变化，选择信号最大位置开始读数，记为xi，取i=10，用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率f0计算声波波速和误差。
用相位比较法测波长和声速。
将示波器调整为X-Y工作方式。观察示波器出现的李萨如图形，缓慢移动S2
，当重复出现该图形时，说明相位变化了2π，即S1和S2之间移动了一个波长。沿右连续测量10个周期，用逐差法处理数据，求出波长、声速及误差。
李萨如图形

图3 Ф=0 图7 Ф=π