声速测量实验改进

声速测量及声波的双缝干涉与单丝衍射

声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。在空气中，一些波动现象，不仅可以用可见光与微波演示，也可以用声波演示。在气体中，声波是纵波而不是横波，因而不出现偏振现象，这是与电磁波现象的一个重大区别，但声音所产生的几种干涉和衍射效应与电磁波干涉和衍射效应完全相似。

由于超声波具有波长短，易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。本实验用共振干涉法和相位比较法测量声音在空气中传播的声速；并研究声波双缝干涉，单缝衍射及声波的反射现象，将测量结果与理论计算进行比较，从而对波动学的物理规律和基本概念有更深的理解。 【实验原理】 1．共振干涉法

设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收器，如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波，反射面处为位移的波节。改变接收器与发射源之间的距离l，在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时，l等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到极大；同时，在接收面上的声压波腹也相应地达到极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振

实验四 用超声波测量声速

声速与传声媒质的特性及状态有关，因此通过声速的测量，可以了解被测媒质的特性及状态的变化，如可进行气体成分的分析，测定液体的比重，溶液的浓度，确定固体材料的弹性模量等。我们只研究声波在空气中的传播，并测量其传播速度。

实验目的：

1、测量声波在空气中的传播速度,学习测量声速的方法。2、加深对波的相位和波的干涉的理解。

实验仪器：

换能器（有两个，一个固定于超声声速测定仪上，一个随卡尺的游标移动）、专用信号源、超声声速

测定仪、示波器、连接线。

实验原理：

设波速为v,波长为λ和频率为ｆ，它们之间有如下关系： v＝λｆ （1）

因此，一般是根据（１）式,将声速的测量变成声波波长和声波频率的测量。由于都用交流电讯号控制发声器（即换能器），所以声波频率就是交流电讯号的频率， 可以用频率计测量其频率（本实验在信号源上直接读出），而声波波长的测量常用相位比较法（行波法）和共振干涉法（驻波法）来测量其波长。 一、 相位法

如图一所示，设声源从X=0处出发的平面简谐波沿X轴的正方向传播,在X=0处的振动方程为: Ｙ0＝Ａcosωｔ

实验序号：28 试验时间：2011·11·8 班级：

实验题目：声速测定 实验室： 姓名： 学号： 成绩： 指导教师 【实验目的】

1．了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。 2．学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。

3．通过用时差法对多种介质的测量，了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。

【实验原理】

在波动过程中波速V、波长?和频率f之间存在着下列关系：V?f??，实验中可通过测定声波的波长?和频率f来求得声速V。常用的方法有共振干涉法与相位比较法。

声波传播的距离L与传播的时间t存在下列关系：L?V?t ，只要测出L和t就可测出声波传播的速度V，这就是时差法测量声速的原理。 1．共振干涉法（驻波法）测量声速的原理：

当二束幅度相同，方向相反的声波相交时，产生干涉现象，出现驻波。对于波束1：时，叠加后的波形成波束3：F3?2A?cos?2??X/???cos? t，这里?为声波的角频率，t为经过的时间，X为经过的距离。由此可见，叠加后的声波幅度，随距离按

F1?A?cos(? t?2??X/?)、波束2：F2?A?cos?? t?2??X/??，当它们相交会

cos?2??X/??变化。如图28

实验3.12 超声声速的测量

声波是一种机械波，它可以在气态、液态、固态物质中传播，它会引起物质的光学、电磁、力学、化学性质以及人类生理、心理等性质的变化。人耳能听到的声波称为可闻声波，频率在20Hz～20kHz之间，频率低于20Hz的声波称为次声波，频率高于20kHz则称为超声波。超声波在媒质中传播时，声速、声衰减和声阻抗都和媒质的特性及状态有关，通过测量这些声学量可以探知媒质的特性和状态变化。这些声学量的测量方法就是超声无损检测的实验基础。由于媒质中的声速与媒质的许多非声学特性都有直接或间接的关系，所以通过声速的测量可以求出固体媒质的弹性模量，进行气体成分分析，测定液体的比重，液体的成分及溶液浓度等。利用媒质的温度、压强、流速与声速的关系则可以探测这些状态参量的变化。媒质中的声速是应用最广而且测量精度也较高的声学量。测量声速依据的原理可以是

v?l/t（l表示声音传播的距离，t表示通过这段距离的时间），也可以是v?f?（f为声

波的频率，?为声波的波长）。本实验采用的共振干涉法和相位比较法均属于后者。

一、预备问题

1． 压电换能器是如何工作的？

2． 声波在媒质中传播的速度与哪些因素有关？ 3． 何为共振干涉法和相位比较法？

二、引言

北京航空航天大学

北京航空航天大学

物理研究性实验报告

实验项目名称：

对多普勒效应测量超声声速实验的扩展

多普勒效应测量超声声速

摘 要：本实验通过学习多普勒效益的相关原理，利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量

超声声速，结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中，将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析；将对试验仪器进行改进；利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

1

北京航空航天大学

一、实验重点：

(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。

二、仪器相关原理简介与相应计算：

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观

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物理研究性实验报告

实验项目名称：

对多普勒效应测量超声声速实验的扩展

多普勒效应测量超声声速

摘 要：本实验通过学习多普勒效益的相关原理，利用BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪测量

超声声速，结合光电门测速的方法验证多普勒超声测速仪测量小车速度的精准程度。在本次试验报告中，将探讨多普勒勒效应试验数据的误差分析；将对试验仪器进行改进；利用多普勒超声测速仪进行更多实验的操作。

1

北京航空航天大学

一、实验重点：

(1)通过该实验进一步了解多普勒效应原理及其应用； (2)熟悉BHWL-Ⅱ多普勒超声测速仪的使用； (3)熟悉数字示波器的使用。

二、仪器相关原理简介与相应计算：

在无色散情况下，波在介质中的传播速度是恒定的，不会因波源运动而改变，也不会因观察者运动而改变。但当波源（或观察者）相对介质运动时，观察者所接收到的频率却可以改变。当我们站在铁路旁，有火车高速经过时，汽笛声会由高亢变得低沉，就是这个缘故。如果观

篇一：示波器的原理和使用及声速测量(预习报告)

示波器的原理和使用及声速测量（预习报告）

示波器的原理和使用

实验目的

1) 学习使用示波器。 2) 学会使用函数发生器。

实验原理

示波器原理

阴极射线示波器一般都包括以下几个部分：示波管、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。如果在竖直偏转板上加待测电压，在水平偏转板上加上与待测电压同周期或周期为整数倍的扫描电压，则在荧光屏上将能显示出完整周期的所加待测电压的波形图。

李萨如图形的基本原理

如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏上的光点将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。如果做一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y和X输入的两正弦信号的频率之比。即：fy:fx=nx:ny，若有端点与假想边框相接时，应把一个端点记为1/2个切点。利用李萨如图形能方便得比较出两个正弦信号的频率。

实验步骤

观察波形

从自制多波形信号发生器输出正弦波、方波、三角波和尖脉冲四种波形。分别用示波器测出其正弦波输出幅度的有效值，方波幅度的峰峰值，三角波的周期，尖脉冲的频率。

观察李萨如图形

（1） 将自制信号源和

针对大学物理实验中＂霍尔效应法测量磁场＂项目只能测长直螺线管轴线上的磁场分布的不足,提出一种改进方法,测量任一未知磁场在二维空间中的分布,进而可扩展到测量三维空间磁场的分布。经改进后的实验可使学生深刻理解霍尔效应测磁场的原理及磁场的性质,并可作为设计性实验项目在大学物理实验课中开出,培养学生的创新意识。

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第 l 3卷

第 4期

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对霍尔效应测量磁场实验的方法改进吴魏霞，杨少波，张明长(京印刷学院基础部，北京北摘

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要：针对大学物理实验中“霍尔效应法测量磁场”项目只能测长直螺线管轴线上的磁场分布的不足，提

出一种改进方法，测量任~未知磁场在二维空间中的分布，进而可扩展到测量三维空间磁场的分布。经改进后的实验可使学生深刻理解霍尔效应测磁场的原理及磁场的性质，并可作为设计性实验项目在大学物理实验课中开出，培养学生的创新意识。关键词：霍尔效应；方法改进；电磁效应中图分类号：4 15 O 4 .文献标识码： A d i1 .9 9 ji n 17— 35 2 1 .4 06 o:

上海李尔汽车内饰件有限公司 标题: 测量、分析和改进 文件编号： TSM-008 发行日期： 2003.1.17 页数： 1 / 9 版本： 1.1 1.1总则

为了确保产品、过程、质量体系的符合性和持续改进质量管理体系的有效性，公司要规定、策划和实施所需的监视、测量、分析和改进过程。规定过程的内容、频次、方式和必须的记录，包括必须了解和使用基本的统计技术。

在质量先期策划中须确定每一过程适用的统计工具，并包括在控制计划中，整个组织必须了解和使用基本统计概念，如变差、控制（稳定性）、过程能力和过度调整；。

1.2 监视和测量 1.2.1 顾客满意

公司要通过对实现过程绩效的持续评价，监控顾客（包括内部和外部顾客）感受到的满意或不满意的信息，作为对质量管理体系的一种衡量。公司须对收集到的信息加以分析、利用，找到与顾客和市场需求的差距，从而作出改进的决策。同时，公司要监测制造过程性能的绩效，以证明符合顾客对产品质量和过程效率的要求；绩效指标应基于但不限于下列的目标数据：已交付零件的质量绩效；对顾客造成的中断干扰，包括市场退货；交付表现(包括发生的超额运费)；与质量和交付问题有关的顾客通知。见《客户满意度控制程序》。 1

超声声速测定

声波特性的测量，如频率、波长、声速、声压衰减、相位等，是声波检测技术中的重要容。特别是声速的测量，不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化，在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。例如，声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。

“声速的测量”是一个综合性声学实验。实验中采用压电瓷超声换能器通过驻波法（共振干涉法）和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度，这是一个非电量电测方法的应用。通过这个实验可以重点学习如下容：（1）实验方法：非电量的电测方法；测量声速的驻波法和相位比较法。（2）测量方法：利用示波器测量电信号的极大值和观察萨如图形测量相位差的方法。（3）数据处理方法：求声波波长的逐差法。（4）仪器调整使用方法：双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。

【实验目的】

1.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。

2.了解压电换能器的功能。

3.学习用逐差法处理数据。

【实验仪器】

SVX-5型声速测试仪信号源、SV-DH系列声速测试仪、双踪示波器等

【实验原理】

频率介于20Hz ～20kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于20kHz ～500M