实验二驻波法测声速预习

一．实验目的：

 用驻波测定空气中的声速  学会用逐差法处理实验数据 二． 实验原理和设计思路：

速度的测量（间接测量）：1.运动物体：根据 v=s /t，测量 s, t

2.波速：根据 v=fλ，测量 f,λ

如何测量声波的 f,λ？如何产生与探测？

声波：机械振动在弹性介质中所激起的机械波就称为声波

声波的特点：纵波

空气中声波：压力波（密度大，压力大）

该省略图像为：

一条正弦函数图象（表示压力）与一条余弦函数图象（表示位移）

声波的产生和接收

压电换能器：压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T时，在极化方向上产生一定的电场强度E且具有线性关系：可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩，使压电陶瓷片成为超声波的波源。即压电换能器可以把电能转换为声能作为

超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。因此，压电换能器可以把电能转换为声能作为声波发生器，也可把声能转换为电能作为声波接收器之用。 正负电极片后盖反射板压电陶瓷片辐射头 当交流电信号的频率与系统的固有频率相近时，产生共振，电-声转换最好。因此声波的频率等于电信号的频率， f 可由频率计测出。 波长λ的测定 驻波：两列传播方向相反的相同频率，振幅，振动方向的波叠加形成。 Y 设沿X轴正向传播的入射波的波动方程为： 1Acos2tx/) 设沿X轴负向传播的反射波的波动方程为: Y2Acos2tx/) Y Y1Y2(2Asin2x/)cost当： 2  x /   ( 2 k  1 )  / 2 ，即x  ( 2 k  1 )  / 4 k = 0，1，2，3 …… 这些点的振幅最大, 即为波腹 当 x  k  / 2 , k = 0，1，2，3 ……这些点的振幅始终为零，即为波节。 故知，相邻波腹(或波节)的距离为  / 2 。

反射面处为波节，声压最大，L=nλ/2，因此可根据声压的变化确定波节的位置和波长。

声波在空气中的传播速度取决于空气本身的性质 RTv



γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质量，T-绝对温度

在标准状态下，0 oC时，声速为 vo＝331.45m／s，显然在 t oC时，干燥空气中声速的理论值应为 273.15tv331.45 t273.15

三.实验仪器：

1.低频信号发生器：产生交流电信号 2. 毫伏表：测量由声压引起的电信号 3. 数字频率计：测量电信号的频率 4. 屏蔽导线：连接各仪器

5.声波驻波仪：声波和电信号相互转换。由压电 换能系统A和B，游标尺，固定支架组成

四．实验步骤：

 仪器接线柱连接。

 接通电源，预热15分钟，置好仪器的旋钮  寻找适当频率（共振频率）

 测量波节的位置，共测16个数据。  记录室温

 关断仪器电源，整理好仪器和用具。  用逐差法处理实验数据

五．注意事项：

 测量L时，必须轻而缓慢地调节，手勿压游标尺，以免主尺弯曲引起误差。

 注意信号源不要短路，以防烧坏仪器。  放置各仪器的旋钮时不能用力过猛。

六．思考题：

 在本实验装置中驻波是怎样形成的：

 为什么测L时不测量波腹间的距离而测波节间的距离？

七．习题

 根据测量数据计算声速及其相对误差。

 本实验装置可用作温度计吗？如果L的测量精度为 0.002mm，在频率不变的情况下，能测到的最小温度变化是多少？