聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

時(shí)間：2020-12-04 11:24:52 報(bào)告我要投稿

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聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

　　聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)量聲音在空氣中的傳播速度。

　　實(shí)驗(yàn)器材:溫度計(jì)、卷尺、秒表。

　　實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):平遙縣狀元橋東。

　　實(shí)驗(yàn)人員:愛物學(xué)理小組

　　實(shí)驗(yàn)分工:張灝、成立敬——測(cè)量時(shí)間

　　張海濤——發(fā)聲

　　賈興藩——測(cè)溫

　　實(shí)驗(yàn)過程:

　　1 測(cè)量一段開闊地長(zhǎng);

　　2 測(cè)量人在兩端準(zhǔn)備;

　　3 計(jì)時(shí)員揮手致意,發(fā)聲人準(zhǔn)備發(fā)聲;

　　4 發(fā)生人向上舉手,同時(shí)發(fā)聲,計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)(看到舉手始,聽到聲音止)

　　5 多測(cè)幾次,記錄數(shù)據(jù)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)論:在21℃空氣中,聲音傳播速度為357.69m/s.

　　實(shí)驗(yàn)反思:有一定誤差,卡表不夠準(zhǔn)確。

　　聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告2

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

　　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(xí)、掌握空氣中聲速的測(cè)量方法 3)了解、實(shí)踐液體、固體中的聲速測(cè)量方法。 4)三種聲速測(cè)量方法作初步的比較研究。

　　實(shí)驗(yàn)儀器:

　　1)超聲波發(fā)射器 2)超聲波探測(cè)器 3)平移與位置顯示部件。 4)信號(hào)發(fā)生器： 5)示波器

　　實(shí)驗(yàn)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

　　(1)

　　稱為質(zhì)量熱容比，也稱“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(duì)溫度，R=8.314472(1±1.7×10-6)Jmol-1K-1為摩爾氣體常量。)

　　標(biāo)準(zhǔn)干燥空氣的平均摩爾質(zhì)量為Mst =28.966�8�710-3kg/mol b.在標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)空氣中的相對(duì)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)過對(duì)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(duì)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(duì)濕度r可從干濕溫度計(jì)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(jì)算)

　　d.式(3)的計(jì)算結(jié)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(cè)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(xiàn)象等。

　　實(shí)驗(yàn)方法：

　　A. 脈沖法：利用聲波傳播時(shí)間與傳播距離計(jì)算聲速

　　實(shí)驗(yàn)中用脈沖法測(cè)量，具體測(cè)量從脈沖聲源(聲發(fā)射器)到聲探測(cè)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(yàn)中聲源與探測(cè)器之間基本是同一被測(cè)煤質(zhì))

　　lSD

　　v88t

　　B. 利用聲速與頻率、波長(zhǎng)的關(guān)系測(cè)量(要求聲發(fā)射器的直徑顯著大于波長(zhǎng)、聲探測(cè)器的的直徑小于波長(zhǎng)(反射很少))測(cè)波長(zhǎng)的方法有

　　B-1 行波近似下的相位比較法 B-2 駐波假設(shè)下的振幅極值法

　　B-3 發(fā)射器與探測(cè)器間距一定時(shí)的變頻測(cè)量法

　　實(shí)驗(yàn)步驟：

　　1)用行波近似下的相位比較法測(cè)量空氣中的聲速

　　a. 正確接線將信號(hào)發(fā)生器的輸出連接到聲速儀的超聲發(fā)射器信號(hào)的輸入端的T型三通接頭上，三通的另一個(gè)借口用導(dǎo)線連到示波器的`一個(gè)輸入端。聲速儀的探測(cè)信號(hào)輸出端連接到示波器的另一輸入端上 b. 選定頻率當(dāng)探測(cè)器距離發(fā)射器約100mm時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率，調(diào)節(jié)范圍為30~50kHz，同時(shí)記錄接收信號(hào)的最大峰峰值。得到如下數(shù)據(jù)：

　　作出圖像：

　　要求選定某一使探測(cè)器輸出信號(hào)幅度較大的頻率作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)的聲波頻率，所以頻率應(yīng)選為40.5KHz。

　　c. 測(cè)同相點(diǎn)位置單向緩慢移動(dòng)探測(cè)器，同時(shí)觀察發(fā)射器、探測(cè)器波形，當(dāng)波峰在同一豎直線上時(shí)，記錄此時(shí)數(shù)顯卡尺讀數(shù)值。然后繼續(xù)移動(dòng)探測(cè)器，記錄七個(gè)相鄰的波峰相同的位置。

　　2)用駐波假設(shè)下的振幅極值法測(cè)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(cè)量水中的聲速

　　實(shí)驗(yàn)步驟與在空氣中的實(shí)驗(yàn)步驟基本相同(除了實(shí)驗(yàn)開始時(shí)把實(shí)驗(yàn)裝置換為的水中的實(shí)驗(yàn)裝置)頻率為：90.0KHz

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　1)用行波近似下的相位比較法測(cè)量空氣中的聲速

　　數(shù)據(jù)記錄如下：

　　實(shí)驗(yàn)前的氣溫23.6℃ 相對(duì)濕度28.7 實(shí)驗(yàn)后的氣溫25.0℃ 相對(duì)濕度30.2

　　由此計(jì)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(zhǎng)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(shè)下的振幅極值法測(cè)量空氣中的聲速

　　數(shù)據(jù)記錄如下：

　　用最小二乘法直線擬合的方法求波長(zhǎng)得：λ=(8.70±0.04)mm 聲速：(347.86±1.61)m/s 理論偏差：0.0039