（声速的测量实验报告）声速的测量实验报告数据处理

超声声速的测量实验种采用逐差法处理数据有什么好处？ (一)

优质回答逐差法能够对超声声速测量过程中的样本点进行充分利用，同时减少测量仪器带来的误差，通过逐差法，能够很容易的发现测量过程中的数据的错误点。逐差法是一种常用的数据处理方式。

逐差法是为提高实验数据的利用率，减小了随机误差的影响，另外也可减小了实验中仪器误差分量，因此是一种常用的数据处理方法。其把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减，然后将所得差值作为因变量的多次测量值进行数据处理的方法。

逐差法是针对自变量等量变化，因变量也做等量变化时，所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果。其优点是充分利用了测量数据，具有对数据取平均的效果，可及时发现差错或数据的分布规律，及时纠正或及时总结数据规律。它也是物理实验中处理数据常用的一种方法。

例如在高中物理“求匀变速直线运动物体的加”实验中分析纸带就是用的逐差法。

运用公式△X=at^2;

X2-X1=X4-X3=Xm-Xm-1

当时间间隔T相等时，假设测得

X1,X2,X3,X4

四段距离，那么加

a=【(X4-X2)+(X3-X1)】/(2T）2

声速的测定实验报告思考题答案 (二)

优质回答声速的测量 思考题及解答

1.为什么需要在驻波系统共振状态下进行声速的测量

因为当驻波偏离共振状态时，驻波的形状不稳定且声压腹的振幅比共振时达到的

最大值小得多，当驻波系统处于共振，这时驻波腹出现稳定的最大振幅。

2.用“驻波共振法”测波长时，如何调出示波器上正弦波形？

⑴示波器“Y轴衰减”旋钮应置于较小数值档。

⑵移动接收器S2时，荧光屏上宽带的宽度应变化。如不变，可交换输入到示波

器的两接线柱位置，或交换输入到发射器S1的两接线柱位置。

⑶调节扫描频率即可调出正弦波。

3.用“相位比较法”测波长时，如何调出椭圆或直线？

⑴接收器S2接收到的信号应从示波器“X输入”端输入，发射器S1信号应输入到示波器“Y轴输入”端，且“Y轴衰减”旋钮应置于较大数值档。

⑵如果还不能出现椭圆或直线，可交换S1或S2两接线柱位置。

4.用“驻波共振法”和“相位比较法”测波长时，如严格按上述方法操作，还是调不出应有波形，怎么办？

此时可能是连接导线断路或接头接触不好，应用万用电表欧姆档对每根导线进行检查，确保每根导线无断裂，各个接头接触良好。

5.为什么在实验过程中改变S1、S2间距离时，压电换能器S1和S2两表面应保持互相平行且正对？不平行会产生什么问题？

因为只有当S1S2表面保持互相平行且正对时，S1S2间才可能形成驻波，才会出现波腹和波节，S2表面才会出现声压极大值，屏幕上才会出现正弦波振幅发生变化，由此可测超声声波波长。

如果S1、S2表面不平行，则S1、S2间形不成驻波，屏幕上正弦波振幅不会发生变化，就能用驻波共振法测波长，故实验中必须使S1、S2表面平行。

6.如何调节与判断测量系统是否处于共振状态？

使用驻波共振法，当示波器上出现振幅最大正弦波时，表示S1、S2间处于驻波共振状态。调节方法是移动S2，观察示波器上正弦波振幅变化。

7.使用“驻波共振法”测声速时，为什么示波器上观察到的是正弦波而不是驻波？

因为驻波是在发射器S1与接收器S2间形成，接收器S2接收到的是一个声压信号，在驻波波节位置，声压信号最强，输入到示波器Y偏转板，经X偏转板扫描，故示波器上观察到的是正弦波。

8.使用“驻波共振法”测声速时，示波器上观察到的正弦波振幅为什么随S1S2间距增大而越来越小？

这是因为超声波在空气中传播时，由于波动能量总有一部分会被空气吸收，波的

机械能会不断减少，波强逐渐减弱，振幅逐渐减少。

9.用“相位比较法”测声速时，为什么只有当李萨如图为直线时才读数？

因为李萨如图形为椭圆时，由于椭圆形状、大小不确定，接收器S2位置难以确定。只有当李萨如图形为直线时，图形直观唯一，容易确定S2位置。

10.测声速时，“驻波共振法”与“位相比较法”两种电路可交换吗？

不能。因为驻波共振法只把接收器S2接收到的信号输入到示波器Y偏转板，观

察到的是正弦波信号。而位相比较法把接收器S2信号输入示波器X偏转板，发射器S1

信号输入到Y偏转板，观察到的是李萨如图形。

11.为何两种方法均测半波长值而不直接测波长值？

因为超声波在空气中有衰减，如果直接测波长值，测得数据个数少，由于衰减，

后面数据测不出来。而测半波长，数据个数多，又便于用逐差法处理数据，减少

测量误差。

大学物理实验声速测定 (三)

优质回答实验报告实验题目: 声速的测量实验目的:了解超声波的产生,发射和接收的方法,用干涉法和相位法测声速.实验内容1 测量实验开始时室温.2 驻波法(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.(2)将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器接接收端.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.(3)通过示波器观察讯号幅度,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使讯号极大的位置,在极大值附近应该使用微调,即固定移动尺螺丝,使用微调螺母调整.(4)从该极大位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次讯号幅度极大(波腹)时游标的读数,共12个值.3 相位法(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.(2) 将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器的CH1接在接收端,CH2接在发射端.选择CH1,CH2的X-Y叠加.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.(3) 通过示波器观察李萨如图形,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使图形为一条斜率为正的直线的位置.(4)从该位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次图形是斜率为正的直线时游标的读数,共10个值.4 测量实验结束时室温,与开始时室温取平均值作为温度t.收拾仪器,整理实验台.5 对上面两组数据,分别用逐差计算出l,然后算出声速v,并计算不确定度.与通过t计算出的理论值计算相对误差.数据处理1 理论计算实验开始时温度23.0℃,实验结束时温度21.8℃,所以认为实验时温度t=22.4℃.根据理论值计算2 驻波法游标读数(mm)95.42100.50105.70110.66115.88120.90126.16131.34136.20141.44146.52151.60逐差=3(mm)30.7430.8430.5030.7830.6430.70相邻游标相减的2倍=i(mm)10.1610.409.8810.4410.0410.5210.369.7210.4810.1610.16标准差的A类不确定度查表得:当n=11,P=0.95时,=2.26.因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定查表得,当P=0.95时,=1.96.所以的不确定度选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度.声速对,有不确定度传递公式:空气中的声速v=(350.99±1.20)m/s (P=0.95)相对误差=3 相位法游标读数(mm)110.80121.04131.14141.36151.58161.72171.88182.02192.10202.26逐差=5(mm)50.9250.8450.8850.7450.68相邻游标相减=i(mm)10.2410.1010.2210.2210.1410.1610.1410.0810.16标准差的A类不确定度查表得:当n=9,P=0.95时,=2.26.因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定度查表得,当P=0.95时,=1.96.所以的不确定度选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度声速对,有不确定度传递公式:空气中的声速v=(348.57±1.09)m/s (P=0.95)相对误差= 误差分析:1 仪器本身的系统误差和由于老化引起的误差.2 室温在实验过程中是不断变化的.3 无论是驻波法中在示波器上找极大值,还是相位法在示波器上找斜率为正的直线,都是测量者主观的感觉,没有精确测量.思考题1 固定两换能器的距离改变频率,以求声速,是否可行 答:不可行.因为在声速一定时,频率改变了,波长也会随之改变.所以无法同时测量出频率和波长,也就无法求出声速.不对

测量声速的实验报告 (四)

优质回答1.提出问题

如何测出声音的

2.猜想与假设

如果在一定距离内听到声音要多少时间

3.实验步骤

步骤应该就是实施实验,第三是实验器材的话,就是要秒表.

4.实施实验

在一个山谷中,站在距离峭壁680M的地方大叫一声,同时按下秒表计时.

然后在听到第一声回声时按下秒表得到听到回声的时间.

5.结论

就是用距离680M*2除以时间就可以得出声音的了.

声速测定的具体步骤及数据处理 (五)

优质回答（1）.【目的和要求】

学习粗略测定声音的方法，了解空气中声速的大小。

【仪器和器材】

梆子，秒表或手表，卷尺。

【实验方法】

在高墙前或山谷中唱歌或叫喊时，往往可以听到回声，而且在早晨时回声最清晰响亮，因此本实验最好在早晨进行。首先选择好合适的实验场所，例如一堵高墙，高墙的前面平坦空旷。实验者站在离高墙的距离为R处，按照均匀的时间间隔T敲打梆子。当听到反射回来的第一次梆子声与打出来的第二次梆子声完全重叠时，则表示每次梆子发出的声音传到高墙并被高墙反射回来到达实验者处的时间刚好等于敲梆子的时间间隔T。因此声音传播的v为v=2R/T

（2）1．站在离高墙100米或更远的距离，以一定的时间间隔敲打梆子。

2．注意控制敲梆子的节拍，使从高墙处反射回来的梆子声与敲出来的声音相重叠。

3．站在旁边的学生由一人报出敲击的次数，其他学生同时用秒表或手表计时。测出敲击20次至50次的时间间隔t，并由所得的结果计算出敲梆子的时间间隔T(秒）。

4．用卷尺测出敲击地点到高墙的距离R（米）。

5．将所得的数据代入公式v=2R/T求出声速v米。同时要记下测量时空气的温度，因为空气中声音传播的与温度有关。

【注意事项】

1．实验者离墙的距离以能清晰地听到回声为宜。

2．若每隔一次听到敲击声与回声重合，则声速公式v=2R/T。实验内容

（3）1、连接测量系统。函数信号发生器的输出与发射换能器和示波器的X（Y2）输入并联连接，接收换能器的输出与示波器的Y1输入连接。

2、练习使用函数信号发生器和示波器。

（1）用示波器观察由信号发生器提供的不同的波形信号。

（2）用示波器观察李萨如图形。

3、调节谐振频率。信号发生器输出正弦信号，频率调节到换能器的谐振频率,记下谐振频率f。这时，换能器发射出的超声波最强。

4、利用驻波法测量声速。

（1）信号发生器输出频率处于谐振频率；示波器Y轴工作方式选择开关置于Y1，“拉Y1 （X）”旋钮推进。

（2）从两换能器相距1cm左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器上的接收信号的变化情况，记下第1、2、3、……、20个出现正弦波极大值时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。

（3）采用逐差法求出波长λ，进而求出声速v；计算声速的不确定度，表示测量结果。

5、利用相位比较法测量声速。

（1）信号发生器输出频率处于谐振频率；示波器Y轴工作方式选择开关可以置于任意位置，“拉Y1（X）”旋钮拉出。

（2）从两换能器相距1cm左右开始，由近及远移动接收换能器，观察示波器上李萨如图形的变化情况，记下第1、2、3、……、20个出现直线时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。

（3）采用逐差法求出波长λ，进而求出声速v；计算声速的不确定度，表示测量结果。

仪器简介

1、超声声速测定仪:主要由两个超声压电换能器和游标卡尺组成；超声压电换能器可以实现声

压和电压之间的相互转换，分别用于发射和接收超声波；游标卡尺用来测量声波发射面和接

收面之间的距离。

2、函数信号发生器：提供适当频率的正弦电信号给压电换能器来发射超声波。

3、双踪示波器：

（1）观察和测量接收换能器将声压转换成的电信号；

（2）观察发射电信号和接收电信号两个相互垂直简谐振动叠加产生的李萨如图形，测量相位差。

找得很辛苦

超声声速的测定实验步骤 (六)

优质回答超声声速的测定实验步骤是：（1）按照驻波法测声速原理连接电路。

（2）将换能器调至水平，在信号源中设定合适的正弦波形，记录波形频率，输出信号，调节换能器两端子的距离，使示波器显示的峰值最大，记录此时的距离。

（3）不断增大两端子距离，并微调卡尺，记录每次使得波形最大时的距离。

（4）分析数据，利用公式V=f λ，计算声速。

用相位法测波长和声速

（1）按相位法测声速原理，依下图正确连线。

（2）信号发生器调节，选择超声波频率，约35KHZ，选择合适的波幅，输入正弦波。

（3）实验中调节示波器的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，使屏幕上显示出两个换能器端信号产生的李萨如图。然后，一边移动右边换能器，一边观察示波器上的李萨如图。当观察到两个信号的相位差改变2π时，通过放大的游标卡尺读出此时换能器间的距离。

（4）测量时，将S2从S1缓慢移开，依次记录下屏上每次出现直线时所对应的X1，X2，X3，…，Xn 共10个值

（5）分析处理数据，利用公式V=f λ，计算声速。

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