《声速测量》指引

实验指引 《声速测量》指引 z 实验预习要求：（实验前完成） 1、 明确本实验要求做的内容（分别用驻波法和相位比较法测量超声波在空气中的速度）； 2、 弄懂驻波法和相位比较法测声速的原理（明确驻波、驻波共振、行波相位比较等概念以 及在移动超声波接收器时怎样从示波器显示的正弦波形和李萨如图判断驻波极值位置 和行波相位的变化）； 3、 阅览【注意事项】； 4、 写好预习（预先写好实验报告里的实验目的、实验仪器、实验原理（驻波共振法测 声速原理、行波相位比较法测声速原理）、实验步骤等部分以及在预习报告纸上列好实 验数据的记录#格#和做好要求做的预习思考题（P.59 的预备问题（1）、（2）、（3）。 z 实验测量要求 1、 驻波振幅极值法测声速（具体操作按 P.62要求进行） （1） 按图 2-6-2连接好声速测量仪； （2） 调节输入正弦信号频率（约 40KHz左右），使超声波发射器和接收器处在 谐振状态 （3） 移动接收头测量记录 12 个连续出现声压波形幅度极大时接收头位置读 数； （4） 记录当时室温； （5） 用逐差法处理数据，计算声速测量值和测量不确定度，报道测量结果；（课 后完成） 2、 行波相位比较法测声速（具体操作按 P.62要求进行） （1） 按图 2-6-4连接好声速测量仪； （2） 移动接收头测量记录 12个连续出现李萨如图图形为“右斜直线”（或“左 斜直线”）时接收头位置读数； （3） 记录当时室温； （4） 用逐差法处理数据，计算声速测量值，报道测量结果；（课后完成）。 3、 把声速测量值与理论计算值比较 （1） 记录当时干湿温度计的温度值和气压计的气压值（ t= ℃ , t′= ℃，P= ）； （2） 查表计算出水蒸气分压值PW； （3） 计算声速理论值并用测量值与之比较求出相对误差。（课后课后完成） z 实验报告要求（实验后完成） 按实验报告格式要求写好实验报告，其中思考题做 P.63 的 2、3 题。 （注意不要缺了有关的计算过程以及实验分析讨论和思考题等部分） z 数据处理计算步骤 （供参考） 1、实验数据记录 谐振频率fo =34283Hz 振幅极大值位置测定法测量声速的测量数据表 序号 1 2 3 4 5 li（cm） 7.992 8.500 8.998 9.508 9.972 序号 6 7 8 9 10 li（cm） 10.476 10.970 11.466 11.952 12.452 δli=li+5-li 2.484 2.470 2.468 2.444 2.480 λi（cm） 0.9936 0.9880 0.9872 0.9776 0.9920 WXD编写 实验指引 *li为峰值时接收器位置；(δl)i=li+5-li ， iii ll −= +55 2λ 2、计算声速测量结果 （1）用逐差法计算声速测量值 )(484.2992.7479.10 2 5161 cmlll =−=×=−= λδ ,其它各δli同理计算记于上表。 )(9936.0484.2 5 2 5 2 11 cml =×=×= δλ 。其它λi同理计算记于上表。 )(9877.0 5 9920.09936.0 5 5 1 cmi i =++== ∑ = L λ λ 【 或这样计算： cm l l i i 469.2 5 480.2484.2 52 5 5 1 =++==⋅= ∑ = L δλδ ， )(9876.0469.2 5 2 5 2 cml =×=⋅= δλ 】 所以，声速测量值为 )/(579.33834283109876.0 2 smfv =××=⋅= −λ （2）计算测量不确定度 )(108.2 )15(5 )9877.09936.0()9877.09936.0( )15(5 )( )( 3 22 5 1 2 cm Su i i − = ×=−× −++−= −⋅ − == ∑ L λλ λ λ ）（仪 cmlu lulululuu iB iBiBiBBB 42 2 5 2 102.3 3 001.02 5 2 3 2 5 2)(2 5 2 )()( 5 2)( 5 2)( 5 2)( − + ×=⋅⋅=∆⋅⋅=×= +=== δδλ ）（）（）（ cmuuu BA 3242322 108.2102.3108.2)()()( −−− ×=×+×=+= λλλ 【 或这样计算 )(1097.6 155 )469.2484.2()469.2484.2( )15(5 )( ) 2 5( 3 22 25 1 cm ll u i i A −= ×=−× −++−=− − =⋅ ∑ ）（ Lδδλ ）（）（）（ 仪 cmluluu iiB 422252 102.83 001.02 3 2)()() 2 5( −+ ×=×=∆×=+=⋅ λ WXD编写 实验指引 ）（）（）（ cmuuu BA 3242322 107102.8107)25()25()25( −−− ×=×+×=⋅+⋅=⋅ λλλ ）（cmuu 33 108.2107 5 2) 2 5( 5 2)( −− ×=××=⋅×= λλ 】 )(8.5 3 10 3 )( Hzfuu fBf == ∆== 所以 3 3 22 108.2 9877.0 108.2)()( − − ×=×=≈+= λλ λλ uu f u v u fv )/(3.00028.0579.338 sm v uvu vv =×=×= 声速测量结果表示为 )/(3.06.338 smv ±= P=68% WXD编写