聲速的測量實(shí)驗報告
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聲速的測量實(shí)驗報告1
實(shí)驗目的:測量聲音在空氣中的傳播速度。
實(shí)驗器材:溫度計、卷尺、秒表。
實(shí)驗地點(diǎn):平遙縣狀元橋東。
實(shí)驗人員:愛(ài)物學(xué)理小組
實(shí)驗分工:張灝、成立敬——測量時(shí)間
張海濤——發(fā)聲
賈興藩——測溫
實(shí)驗過(guò)程:
1 測量一段開(kāi)闊地長(cháng);
2 測量人在兩端準備;
3 計時(shí)員揮手致意,發(fā)聲人準備發(fā)聲;
4 發(fā)生人向上舉手,同時(shí)發(fā)聲,計時(shí)員計時(shí)(看到舉手始,聽(tīng)到聲音止)
5 多測幾次,記錄數據。
實(shí)驗結果:
時(shí)間 17∶30
溫度 21℃
發(fā)聲時(shí)間 0.26″
發(fā)聲距離 93m
實(shí)驗結論:在21℃空氣中,聲音傳播速度為357.69m/s.
實(shí)驗反思:有一定誤差,卡表不夠準確。
聲速的測量實(shí)驗報告2
實(shí)驗目的：
1)探究影響聲速的因素，超聲波產(chǎn)生和接收的原理。
2)學(xué)習、掌握空氣中聲速的測量方法 3)了解、實(shí)踐液體、固體中的聲速測量方法。 4)三種聲速測量方法作初步的比較研究。
實(shí)驗儀器:
1)超聲波發(fā)射器 2)超聲波探測器 3)平移與位置顯示部件。 4)信號發(fā)生器： 5)示波器
實(shí)驗原理： 1)空氣中：
a.在理想氣體中聲波的傳播速度為
v88
(式中8088cp
cV
(1)
稱(chēng)為質(zhì)量熱容比，也稱(chēng)“比熱[容]比”，它是氣體的質(zhì)
量定壓熱容cp與質(zhì)量定容熱容cV的比值;M 是氣體的摩爾質(zhì)量，T是絕對溫度，R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1為摩爾氣體常量。)
標準干燥空氣的平均摩爾質(zhì)量為Mst =28.966�8�710-3kg/mol b.在標準狀態(tài)下(T0�8�8273.15
K,p�8�8101.3�8�8kPa)，干燥空氣中的聲速
為v0=331.5m/s。在室溫t℃下，干燥空氣中的聲速為
v88v0
(2)
(T0=273.15K)
c.然而實(shí)際空氣總會(huì )有一些水蒸氣。當空氣中的相對濕度為r時(shí)，若氣溫為t℃時(shí)飽和蒸氣壓為pS，則水汽分壓為rps。經(jīng)過(guò)對空氣平均摩爾質(zhì)量 M 和質(zhì)量熱容比8�0 的修正，在溫度為t、相對濕度為r的空氣中，聲速為
(在北京大氣壓可近似取p�8�4 101kPa;相對濕度r可從干濕溫度計上讀出。溫度t℃時(shí)的飽和水汽壓ps可用lgps�8�810.286�8�21780237.3�8�0trp�8�3v8833�8�01s�8�416�8�5 m s (3)計算)
d.式(3)的計算結果與實(shí)際的超聲聲速真值可能有一定偏差。
引起偏差的原因有： ~狀態(tài)參量的測量誤差 ~理想氣體理論公式的近似性~實(shí)際超聲聲速還與頻率有關(guān)的聲“色散”現象等。
實(shí)驗方法：
A. 脈沖法：利用聲波傳播時(shí)間與傳播距離計算聲速
實(shí)驗中用脈沖法測量，具體測量從脈沖聲源(聲發(fā)射器)到聲探測器
之間的傳播時(shí)間tSD和距離lSD，進(jìn)而算出聲速v (實(shí)驗中聲源與探測器之間基本是同一被測煤質(zhì))
lSD
v88t
SD
B. 利用聲速與頻率、波長(cháng)的關(guān)系測量(要求聲發(fā)射器的直徑顯著(zhù)大于波長(cháng)、聲探測器的的直徑小于波長(cháng)(反射很少))測波長(cháng)的方法有
B-1 行波近似下的相位比較法 B-2 駐波假設下的振幅極值法
B-3 發(fā)射器與探測器間距一定時(shí)的變頻測量法
實(shí)驗步驟：
1)用行波近似下的相位比較法測量空氣中的聲速
a. 正確接線(xiàn) 將信號發(fā)生器的輸出連接到聲速儀的超聲發(fā)射器信號的輸入端的T型三通接頭上，三通的另一個(gè)借口用導線(xiàn)連到示波器的`一個(gè)輸入端。聲速儀的探測信號輸出端連接到示波器的另一輸入端上 b. 選定頻率 當探測器距離發(fā)射器約100mm時(shí)，調節信號發(fā)生器的頻率，調節范圍為30~50kHz，同時(shí)記錄接收信號的最大峰峰值。 得到如下數據：
作出圖像：
要求選定某一使探測器輸出信號幅度較大的頻率作為實(shí)驗測量時(shí)的聲波頻率，所以頻率應選為40.5KHz。
c. 測同相點(diǎn)位置 單向緩慢移動(dòng)探測器，同時(shí)觀(guān)察發(fā)射器、探測器波形，當波峰在同一豎直線(xiàn)上時(shí)，記錄此時(shí)數顯卡尺讀數值。然后繼續移動(dòng)探測器，記錄七個(gè)相鄰的波峰相同的位置。
2)用駐波假設下的振幅極值法測量空氣中的聲速單向平移聲發(fā)射器，依次找出7個(gè)相鄰極大值位置，并記錄。
3)用行波近似下的相位比較法測量水中的聲速
實(shí)驗步驟與在空氣中的實(shí)驗步驟基本相同(除了實(shí)驗開(kāi)始時(shí)把實(shí)驗裝置換為的水中的實(shí)驗裝置)頻率為：90.0KHz
實(shí)驗結果：
1)用行波近似下的相位比較法測量空氣中的聲速
數據記錄如下：
實(shí)驗前的氣溫23.6℃ 相對濕度28.7 實(shí)驗后的氣溫25.0℃ 相對濕度30.2
由此計算出的空氣中的理論值為：v=346.43m/s
用最小二乘法直線(xiàn)擬合的方法求波長(cháng)得：λ=(8.65±0.04)mm 聲速：(346.17±1.61)m/s 理論偏差：0.00075
2)用駐波假設下的振幅極值法測量空氣中的聲速
數據記錄如下：
用最小二乘法直線(xiàn)擬合的方法求波長(cháng)得：λ=(8.70±0.04)mm 聲速：(347.86±1.61)m/s 理論偏差：0.0039
4)用行波近似下的相位比較法測量水中的聲速
數據記錄：
用最小二乘法直線(xiàn)擬合的方法求波長(cháng)得：(λ=17.33±0.14)mm 聲速：(1359.43±12.62)m/s
總結與反思：這次實(shí)驗使我認識到自己對實(shí)驗儀器了解的不足。
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