声速的测量———实验原理

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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。

本实验中，低频信号发生器发出的信号激励换能器，换能器发出超声波。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示意图。

 

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：

叠加后合成波为：

振幅最大的位置称为波腹，其对应的位置为：

振幅最小的位置称为波节，其对应的位置为：

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，本实验是测量波腹的位置。

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的超声波之间有相位差：其中x为S1和S2之间距离)。因为改变一个波长时，相位差就改变。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

 

声速的测量———实验内容

 

实验内容

1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。

2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。

3．用相位比较法测波长和声速。

注意事项

1．确保换能器S1和S2端面的平行。

2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f₀保持一致。 

3.示波器上的图形要调到最亮最细。