声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。声波在媒质中传播时，声速，声强等诸多参量都和媒质的特性与状态有关，经过测量这些声学量可以测知媒质的特性及状态变化。例如，经过测量声速可求出固体的弹性模量：气体、液体的比重、成分等参量。

  在同一媒质中，声速基本与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹，声速变化不到万分之二。由于超声波具有波长短，易于定向发射，不会造成听觉污染等优点，我们经过测量超声波的速度来确定声速。超声波在医学诊断，不伤害原有设备的检测，测距等方面都有广泛应用。

  声速的测量方法可分为两类；第一类方法是直接根据关系式v＝S/t，测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，称为“时差法”。第二类方法是利用波长频率关系式v＝fλ,测量出频率f和波长λ来计算出声速。

  v=（1）式中γ =Cp/Cv称为比热比，即气体定压比热容与定容比热容的比值，μ是气体的摩尔质量，Ｔ是绝对温度，Ｒ＝8.31441J/moL?K为普适气体常数。由(1)式可见，声速与温度有关，又

  与摩尔质量μ及比热比γ有关，后两个因素与气体成分有关因此，测定声速可以推算出气体的一些参量。利用（1）式的函数关系还可制成声速温度计。

  在正常情况下，干燥空气成分按重量比为氮：氧：氩：二氧化碳＝78.084:20.946:0.934:0.033。它的平均摩尔质量为0μ＝28.94×10-3

  式中Ｔ0＝273.15K 。由于空气实际上并非是干燥的，总含有一些水蒸气，经过对空气平均摩尔质量a μ和比热比γ的修正，在温度为t 、相对温度为t 0的空气中，声速为

  （3） 式中s p 为t ℃时空气的饱的和蒸气压，可从饱和蒸气压、蒸气压和温度的关系表中查出；Ｐ为大气压，取P =1.013×105Pa 即可；相对温度r 可从干湿温度计上读出。由这些气体参量可以计算出声速，故（3）式可作为空气中声速的理化计算公式。

  测出声波的频率和波长，就可以求出声速。其中声波频率可经过测量声源的振动频率得出，剩下的任务就是测声波波长，也就是本实验的主要任务。

  1．相位法：波是振动状态的传播，也可以说相位传播。沿传播方向上的任何两点、如果其振动状态相同（同相）或者说其相位差为2π的整数倍，这时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，即

  由于发射器发出的是近似于平面波的声波，当接收器垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向挪动接收器时，总能够找到一个位置使得接收的信号与发射器激励信号同相。继续移动接收器，直到接收的信号再一次和发放射器的激励电信号同相时，移过的这段距离必然等于声波的波长

  ①为了判断相位差并且测定波长。可通过双踪示波器直接比较发射器的信号和接收器的信号，同时沿传播方向挪动接收器寻找同相点测出波长。如图１所示：

  ②李萨如图形法，如图2所示，利用图形寻找同相或反相时椭圆退化为右或左斜直线的点，其优点是直斜线情况判断相位差最为敏锐。其接线a所示。

  等于半个波长。改变两只换能器间的距离，同时用示波器监测接收器上的输出电压幅度变化，可观察到电压幅度随距离周期性的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时游标尺的读数．两读数之差的绝对值应等于声波波长的二分之一。ΔX=

  即可计算声速。实际测量中为提高测量精度，可连续6-7次测量并用逐差法处理数据。

  实验仪由超声实验装置和声速测定仪(即信号源，放大器)，如图4所示。实验时将实验

  放大器加以放大，再经屏蔽线输出给示波器观测，接收器安装在可移动的机构上，这个机构包括支架、丝杆、可移动底座，其上装有指针，并通过定位螺母套在丝杆上，由丝杆带动作平移带刻度的手轮等。接收器的位置由主、标尺刻度手轮的位置决定。

  3．信号源频率范围：15KHz～50KHz; 4．频率显示：6位LED数码管显示

  5．波形输出电压：10V p-p 6．最大输出功率：≥5Ｗ7．放大器放大倍数：100倍

  调节信号源频率调节旋钮至40KHz左右，〈即换能器谐振频率〉，当示波器监测到的接收信号振幅最大时，换能器之间频率匹配最好，换能器谐振，记录下此时谐振频率f。此后实验中保持频率不变。

  摇动超声实验装置丝杆摇柄，在发射器与接收器距离5厘米附近处，找到共振位置（振幅最大），作为第1个测量点。按数字游标尺的归零(ZERO）键，使该点位置为零(对于机械游标尺而言，此时的标尺示值作始点)。摇动摇柄使接收器远离发射器，每到共振位置均记录位置读数，共记录10组数据于表１中。

  将信号源的发射监测接到示波器的Ｘ输入端，使示波器工作在Ｘ－Ｙ状态。信号源频率保持不变。在发射器与接收器距离为5厘米附近处，找到ΔФ＝0的点，作为第1个测量点。按数字游标尺的归零(ZERO)键，使该点位置为零（对于机械游标尺而言，以此时的标尺示值作始点）。摇动摇柄使接收器远离发射器，每到ΔФ＝0时均记录位置读数，共记录10组数据于表2中。

  测量水中的声速时，将实验装置整体放入水槽中，槽中的水高于换能器顶部1-2厘米。接收器移动过程中若接收信号振幅衰减较大影响测量，可调节示波器Ｙ衰减旋钮。由于水中声波长约为空气中的5倍，为缩短行程，可在ΔФ＝0, π处均做测量，共记录8组数据于表3中。

  在用逐差法计算出两种实验方法所测得的声速v ，应同时下列校正公式计算出室温t ℃下的t v 值。上述中各种测量声速的方法在计算时应对修正温度t ℃下的声速理论值。即

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