聲速的測量實驗報告

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實驗目的:測量聲音在空氣中的傳播速度。

實驗器材:温度計、捲尺、秒錶。

實驗地點:平遙縣狀元橋東。

實驗人員:愛物學理小組

實驗分工:張灝、成立敬——測量時間

張海濤——發聲

賈興藩——測温

實驗過程:

1 測量一段開闊地長;

2 測量人在兩端準備;

3 計時員揮手致意,發聲人準備發聲;

4 發生人向上舉手,同時發聲,計時員計時(看到舉手始,聽到聲音止)

5 多測幾次,記錄數據。

實驗結果:

時間 17∶30

温度 21℃

發聲時間 0.26″

發聲距離 93m

實驗結論:在21℃空氣中,聲音傳播速度為357.69m/s.

實驗反思:有一定誤差,卡表不夠準確。

實驗目的：

1)探究影響聲速的因素，超聲波產生和接收的原理。

2)學習、掌握空氣中聲速的測量方法 3)瞭解、實踐液體、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。

實驗儀器:

1)超聲波發射器 2)超聲波探測器 3)平移與位置顯示部件。 4)信號發生器： 5)示波器

實驗原理： 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)

稱為質量熱容比，也稱“比熱[容]比”，它是氣體的質

量定壓熱容cp與質量定容熱容cV的比值;M 是氣體的摩爾質量，T是絕對温度，R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1為摩爾氣體常量。)

標準乾燥空氣的平均摩爾質量為Mst =28.966�8�710-3kg/mol b.在標準狀態下(T0�8�8273.15

K,p�8�8101.3�8�8kPa)，乾燥空氣中的聲速

為v0=331.5m/s。在室温t℃下，乾燥空氣中的聲速為

v88v0

(2)

(T0=273.15K)

c.然而實際空氣總會有一些水蒸氣。當空氣中的相對濕度為r時，若氣温為t℃時飽和蒸氣壓為pS，則水汽分壓為rps。經過對空氣平均摩爾質量 M 和質量熱容比8�0 的修正，在温度為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可從乾濕温度計上讀出。温度t℃時的飽和水汽壓ps可用lgps�8�810.286�8�2

d.式(3)的計算結果與實際的超聲聲速真值可能有一定偏差。

引起偏差的原因有： ~狀態參量的測量誤差 ~理想氣體理論公式的近似性

實驗方法：

A. 脈衝法：利用聲波傳播時間與傳播距離計算聲速

實驗中用脈衝法測量，具體測量從脈衝聲源(聲發射器)到聲探測器

之間的傳播時間tSD和距離lSD，進而算出聲速v (實驗中聲源與探測器之間基本是同一被測煤質)

lSD

v88t

SD

B. 利用聲速與頻率、波長的關係測量(要求聲發射器的直徑顯著大於波長、聲探測器的的直徑小於波長(反射很少))測波長的方法有

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 發射器與探測器間距一定時的變頻測量法

實驗步驟：

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 將信號發生器的輸出連接到聲速儀的超聲發射器信號的輸入端的T型三通接頭上，三通的另一個藉口用導線連到示波器的一個輸入端。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 當探測器距離發射器約100mm時，調節信號發生器的頻率，調節範圍為30~50kHz，同時記錄接收信號的最大峯峯值。 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驗測量時的聲波頻率，所以頻率應選為40.5KHz。

c. 測同相點位置 單向緩慢移動探測器，同時觀察發射器、探測器波形，當波峯在同一豎直線上時，記錄此時數顯卡尺讀數值。然後繼續移動探測器，記錄七個相鄰的波峯相同的位置。

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射器，依次找出7個相鄰極大值位置，並記錄。

3)用行波近似下的相位比較法測量水中的聲速

實驗步驟與在空氣中的實驗步驟基本相同(除了實驗開始時把實驗裝置換為的水中的實驗裝置)頻率為：90.0KHz

實驗結果：

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：

實驗前的氣温23.6℃ 相對濕度28.7 實驗後的氣温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

用最小二乘法直線擬合的方法求波長得：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：

用最小二乘法直線擬合的方法求波長得：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：

用最小二乘法直線擬合的方法求波長得：(λ=17.33±0.14)mm 聲速：(1359.43±12.62)m/s

總結與反思：這次實驗使我認識到自己對實驗儀器瞭解的不足。