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[声速测量数据处理]大学物理实验---声速的测定数据处理
篇一 : 大学物理实验---声速的测定数据处理由于本实验中，声速和波长的函数关系可表达为多项式形式，波长和所测得距离也为比例函数，且在实验测量的过程中自变量为等间距变化，因此采用逐差法测量数据。［]其优点是能充分利用测量数据而求得所需要的物理量,提高测量精度。一、共振干涉法测量空气中的声速由干涉理论可知，ΔL=λ/2，V=fλ=2fΔL这两组线性关系。实验中等间距的出现波腹或波节，相当于游标卡尺的位置也是等间距来变化的，对测量的数据进行逐差法处理数据。由逐次相减的数据可判断出Δli基本相等，验证了ΔL与λ的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。因此 有ΔL平均=× ??????，ΔL平均=4.802mm, ????声速测量数据处理 大学物理实验---声速的测定数据处理V=fλ=2fΔL平均=2×37×103×4.802×10-3=355.348m/s，并且此速度是在温度T0=300K测得。［)二、相位比较法测量空气中的声速实验中采用测量两个相同李萨如图像的位置点来测量波长。选取的李萨如图形是??=π时的斜直线，比较容易判断，减小实验误差，测得的数据进行逐差法处理。由逐次相减的数据也可判断出Δli基本相等，验证了ΔL与λ的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。因此有ΔL平均=× ??????，ΔL平均=9.444mm, ????声速测量数据处理 大学物理实验---声速的测定数据处理V=fλ=fΔL平均=37×103×9.444×10-3=349.428m/s，并且此速度也是在温度T0=300K测得的。(）三、时差法测量空气中的声速由逐次相减的数据也可判断出Δti基本相等，验证了Δti与V的线性关系，当然也可看出实验过程中，有些数据的测量还是有一定的误差的，可以进行重新测量作进一步的修正。因此有Δt平均 =× ??????，Δt平均=14.2us,ΔL=20mm, V=????????平均????=????.??×???????=m/s,并且此速度也是在温度T0=300K测得的。????×???????通过查阅相关资料得知，声音15℃的标准空气中的传播速度为340m/s，25℃时为声速测量数据处理 大学物理实验---声速的测定数据处理(）篇二 : 声速测量(可以数据处理)物理m）篇三 : 30声速测量数据处理与思考题声速测量（1）用共振干涉法和相位比较法测声速有何相同和不同？相同之处： 都用连续波测量，均依靠示波器测量共振法：平行传播的声波与反射波产生干涉，形成驻波。改变半个波长的传播路程，驻波的波幅变化一个周期，从而可测得波长，乘以频率，得到声速。 相位法： 比较接收波相对与发射波的相位差，改变一个波长的传播路径，相位变化360度，从而通过测看相位图 ，就可测得波长，乘以频率，得到声速。（2）声速测量试验中，定性分析共振法测量时声压振幅极大值随距离变大而减少的原因。这是由于声波在实际介质中传播时，由于扩散、吸收和散射等原因，会随着离开声源的距离增加而自身逐渐减弱。这种减弱与传播距离、声波频率和界面等因素有关。而振幅的大小恰好表示波动能量的大小，所以随着声波的不断向前传播，振幅会逐渐变小。1. 传播衰减：点声源、面声源、线声源三种类型不同的声源，辐射出的声波波阵面形状不同，随着传播距离增加其扩散衰减的规律也不相同。2． 吸收衰减：分为有空气吸收、绿色植被的吸收、气流和大气温度梯度的吸收。 由于种种影响才会造成声波的衰减，在相同环境条件下，人耳可听到的声波范围为20HZ~20000HZ，根据频率越高，在传播过程中更易受空气等等各种的影响的道理，故衰减得比较快。声速测量实验数据处理：要求：（1）用逐差法处理数据，计算超声波的波长；（2）利用不确定度的间接传递，计算超声波传播速度的不确定度，并表示出测量结果；（3）计算测量时声速的理论值，并与测量值比较，得出百分误差。1. 共振干涉法测声速实验数据记录共振频率f?37.056 KHz T=20 ℃?L1??L2??L3??L4??L5??L6?L7?L16L8?L26L9?L36L10?L46L11?L56L12?L66???32.86?4.. mm?4.730 mm?4.700 mm42.32?14...436?4.675 mm?4.688 mm?4.725 mm???56.37?28.026?L?16i?L?6i?1?4.702 mm??2?L?9.404 mm=f??37.056?9.404?348.475 mmUA(?L)????0.00884 mm UB(?L)?UC(?L)??0.00577 mm?0.0106 mmUC(?)?2UC(?L)?0.0212 mmUC(v)?fUC(?)?37.056?0. m/s480?v??UC(v)??348.??.79 m/s?测量结果 ? 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Z-A型超声声速测定仪，SBZ-A专用信号源，GB-9B电子管毫伏表等（注意：不是用示波器测量），根据声波的特性，设计用驻波法测定声音的速度。
【实验原理】
在波动振动和传播的过程中，已知波速υ与波长λ和频率f之间存在下列关系
υ=f·λ (1)
因此，一般根据此式将声速的测量变成声波频率和声波波长的测量。用专用的信号源产生正弦振荡信号来控制发生器，所以声波频率就是专用信号源产生的正弦振荡信号频率，可用数字式频率计进行精确测量。声波波长的测量常用共振干涉法(驻波法)和位相比较法(行波法)进行测量。
压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡)，在一定的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力F时，在极化方向上产生一定的电场强度E。它们之间有一简单的线性关系E=gF。反之，当在压电材料的极化方向上加电压E时，材料的伸缩形变S与电压E也有线性关系S=aE，比例系数g、a称为压电常数，它与材料性质有关。
由于E和F、S和E之间具有简单的...
给定相关信息Z-A型超声声速测定仪，SBZ-A专用信号源，GB-9B电子管毫伏表等（注意：不是用示波器测量），根据声波的特性，设计用驻波法测定声音的速度。
【实验原理】
在波动振动和传播的过程中，已知波速υ与波长λ和频率f之间存在下列关系
υ=f·λ (1)
因此，一般根据此式将声速的测量变成声波频率和声波波长的测量。用专用的信号源产生正弦振荡信号来控制发生器，所以声波频率就是专用信号源产生的正弦振荡信号频率，可用数字式频率计进行精确测量。声波波长的测量常用共振干涉法(驻波法)和位相比较法(行波法)进行测量。
压电陶瓷片是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡)，在一定的温度下经极化处理制成的。它具有压电效应。在简单情况下，压电材料受到与极化方向一致的应力F时，在极化方向上产生一定的电场强度E。它们之间有一简单的线性关系E=gF。反之，当在压电材料的极化方向上加电压E时，材料的伸缩形变S与电压E也有线性关系S=aE，比例系数g、a称为压电常数，它与材料性质有关。
由于E和F、S和E之间具有简单的线性关系，因此，能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源。反过来，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷片作为声频信号的接收器。
实验时用一个换能器作为发射头，另一个作为接收头，二换能器的表面应保持互相平行。
【实验装置】
仪器由支架，游标卡尺和两只超声压电陶瓷换能器A、B组成，两只超声压电陶瓷换能器的位置分别与游标卡尺C的主尺和游标相对定位。所以两只换能器相对位置距离的变化量可由游标卡尺直接读出。
【实验内容】
一、驻波法：(共振干涉法)
由声波传播理论可知，当两只换能器A、B平面端面间有声波传播而此换能器平面端面间的距离又恰好等于其声波的二分之一波长的整数倍时(L=n·λ／2)，两平面端面间将形成声波驻波，在声波驻波中，波腹处声压最大，波节处声压最小。接收换能器B的反射界面处为波节。声压最小。所以可从接收换能器B端面声压的变化，亦即是B端输出电压的变化来判断声波驻波是否形成以及产生驻波的波腹和波节。
拉动游标卡尺C，改变两只换能器端面间的距离，同时用仪器监测B的输出电压幅度变化。记录下相邻两次出现最大电压数值时游标卡尺的读数。两读数之差的绝对值应等于其声波波长的二分之一。221λ=−LL
声波的频率。由专用信号源上的频率计直接读出。这样根据公式(1)就可算出声波在空气中的传播速度。为了提高测量精度，应充分利用整个卡尺的行程，尽可能多的取得产生驻波时的卡尺读数，然后将所得数据进行处理计算，这样对波长的测量更为准确。
【实验步骤】
1．首先调整发射换能器A上“固定卡环”上的紧固螺丝，使A的平面端与游标卡尺滑动方向相垂直，锁定后再将接收换能器B移近A。同样通过调整其“固定卡环”上的紧固螺丝，使B的平面与A的平面端严格平行，调整好两只换能器位置后，将两只“固定卡环”上的紧固螺丝拧紧，保持换能器的位置固定。这一步已由实验室工作人员调好不再拧动。
2．按图3接好实验线路。两只换能器A、B的输入和输出插口均为“红色”接信号，“黑色”接地。仔细检查有否接错，否则将发生短路，影响实验。
图3 驻波法实验接线图
3．开启专用信号源，频率计的数码管开始显示频率读数。仔细调节信号源的输出频率即“粗”调旋钮和“细”调旋钮(详见附录一SC2000-Ⅱ型波形发生器)。使频率计读数大约在35520HZ左右时，仔细观察串联于发射换能器A上的指示小灯泡D。当换能器A处于谐振状态时。阻抗急剧下降，激励电流达到最高。指示灯D突然燃亮，此时表明换能器A处于最佳工作状态，通过接收端B输出的信号才最强。待电源稳定一段时间后记录下频率计上显示的频率读数。
4．移动游标卡尺，使两只换能器端面靠近。但不可接触。适当调节示波器上Y输入的“衰减”和“增益”，使荧光屏上出现一条长的竖直亮线(此时示波器的X扫描可停止工作)。调节游标卡尺的微动螺旋，使竖直亮线最长。
5．移动游标卡尺，逐渐加大两只换能器端面间的距离，同时监测示波器荧光屏上的输出指示。当每出现一次最大值时，读取并记录游标的指示读数。由于仪器反应非常灵敏，为了准确得到接收信号最强的确切位置，可利用游标卡尺上的微动螺旋调节。调节时注意要放松游标上的制动螺丝，拧紧微调螺旋上的紧固螺丝，此时调节游标下面的微调螺旋才起作用。直至出现接收信号最大，示波器荧光屏上出现的竖直亮线最长为止。
6．按实验要求测得所需的多个实验数据进行处理后，计算出声波在空气中的传播速度。
用相位比较法测得的水中声速，测得的一组数据如下：
12.88 24.96 37.28 49.12 61.14 72.66 84.74 96.68 107.6...
【目和要求】
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高墙前或山谷唱歌或叫喊时往往听回声而且早晨时回声清晰...
相位比较法即出现李萨如图（l该变量为一个波长时图形恢复原状），驻波法是形成驻波利用驻波波长是原波长的1/2来测，两种方法接线无区别，示波器相位比较法需要把声源处...
-谐振时超声波的发射和接收效率均达到最高
如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态？
-----保持其他条件不变，仅仅改变信号发生器的输出频率，观察接收到得超声波...
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这个不是我熟悉的地区大学物理实验（2）
适用课程:&大学物理实验(2)()
&声波是一种频率介于20Hz-20KHz的机械振动在弹性媒质中传播的纵波。波长、强度、传播速度等是声波的重要参数。测量声速的方法之一是利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系（即v=λf）求出，也可以利用v=L/t求出，其中L为声波传播的路程，t为声波传播的时间。
超声波的频率为20KHz~500MHz之间，它具有波长短、易于定向传播等优点。在同一媒质中，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而在超声波段进行传播速度的测量比较方便，更何况在实际应用中，对于超声波测距、定位、成像、测液体流速、测材料弹性模量、测量气体温度瞬间变化和高强度超声波通过会聚作医学手术刀使用等方面都得到广泛的应用，超声波传播速度有其重要意义。我们通过媒质（气体、液体）中超声波传播速度测定来测量其声波的传播速度。
&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&& 图 13-1
2S1S2S1S1S1S2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图 13-2
S2S1S2S1S2A1A2A1A2Ax
&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&& 13-1
& &&&&&&k = 0,1,2,3……….&& &&&&&&&&&&&&&&&13-2
&&& k= 0123……。当
&&&&&&&&&&& k =0,1,2,3……….&&&&&&&& &&&&&&&&&13-3
， k =0,1,2,3…….2A
&&&&&&&&&& &&&&&k =0,1,2,3……
&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-4
S1S2L每一次周期性变化，相当于S1S2
&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-5
&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-6
&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-7&
&&& &&&&&&&&&&&&13-8
0(13-3)13-3S1S2LLS1S20
&&& 13-4Lt
&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-9
&& R=8.314Jmol-1K-1 T
28.96410-3kg/molV0=331.45m/st
&&&&&& &&&& T0=273.15K&&&&&&&&&&&&&&&& 13-10
&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&13-11
&&&&&& PP=1.013105Pa
Y1CH1Y2CH2
(100mV500mV)2545kHz34.0~38.5kHzS1S2fnS1S25
将测试方法设置到连续波方式。设定最佳工作频率，开始时仍置示波器于双踪显示功能，观察发射和接收信号波形，转动距离调节鼓轮，置接收信号幅度达最大值时的位置。调节示波器CH1、CH2衰减灵敏度旋钮、信号源发射强度、接收增益，令两波形幅度几乎相等，观察两波形曲线间的关系。置示波器于X－Y功能方式，这时观察到的李萨如图形为一斜线，否则可微调调节鼓轮实施之，与驻波法相似，将接收器由近至远（或由远至近）移动，每当李萨如图形由直线变为椭圆，由椭圆变为直线时 (包括斜率为正和斜率为负两种情况)，记录下此时的位置Li，由数显尺上直接读出，共连续记录16组数据（参考数据表），同样用逐差法求波长，根据求出声速。
S1S250mm300400mVLitiS2Li1ti1
&&& 以上每种方法测量开始和结束时，要先后计录下室温t1和t2，并利用干湿温度计读数差，查出对应的饱和蒸汽压Pwl、Pw2、(见附录)。
3.&对共振干涉法和相位比较法所得数据分别按以下步骤计算：
（1）用逐差法计算波长：
&&&&&&&&&&&&&
标准偏差&& &&&&&&
&&&&&&&&&&&& （mm）
波长不确定度&&&
& (&& )(P0=0.683)
（2）频率&&&&& &（信号源仪器误差）
（3）计算声速：&&&&&& &&&&&&
& (&& )(P0=0.683)
（4） 按式（13-11）计算出声速理论值，将实验测定值与理论值比较，求出百分误差：
１.　测试前怎样确定换能器系统的谐振频率？
２.　各种气体中的声速是否相同，为什么？
【讨论思考题】
&&& 1. 用逐差法处理数据的优点是什么？还有没有别的合适的方法可处理数据并且计算λ值？