实验名称：声速的测量实验目的：了解超声波的产生、发射和接收方法，用干涉法和相位法测量声速实验原理：由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v=fλ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。1驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：y=(2Acos2Xcos2ftcos2X的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：X=±n(n=0,1,2,3……)cos2X的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：X=±(2n+1)(n=0,1,2,3……)因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。2相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：=2x/其中是波长，x为S1和S2之间距离。因为x改变一个波长时，相位差就改变2。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。数据处理：1．驻波法（共振干涉法）测波长10.02mm0.10mm0.02mm/3=0.007mmP=0.68谐振频率f=35.23KHz不确定度u(f)=Δ仪(f)/C=50Hz/3=16.7Hz35.23KHz*10.02mm=353.00m/s1.07m/s测量结果为v=(353.00±1.07)m/s,P=0.682．相位比较法测波长9.89mm0.48mm0.02mm/3=0.007mmP=0.68谐振频率f=35.23KHz不确定度u(f)=Δ仪(f)/C=50Hz/3=16.7Hz35.23KHz*9.89mm=348.42m/s5.29m/s测量结果为v=(348.42±5.29)m/s,P=0.68理论计算：温度T=（T始+T末）/2=（23.0℃+23.2℃）/2=23.1℃代入公式中计算此温度下的声速理论值应为小结分析：比较两种方法的测量结果与理论值，发现驻波法测得声速相对于理论值的偏差较相位法要大，这是由于驻波法测波长是在示波器显示的信号达到最大幅度时读数，信号源不稳定，并且示波器的精度有限，难以刚好调节到最大值，平均值偏大也可能与读数习惯有关；而相位法虽然与理论值较接近，但不确定度较驻波法要大，这可能是实验后期信号源频率发生了明显的变动所致。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？不行。换能器距离不变而改变频率，示波器上的图像一直模糊，只有在特定的共振频率下图像才清晰。无法确定读数的位置，因此这种方法是不可行的。2.各种气体中的声速是否相同，为什么？不相同。根据公式，在相同温度下，各气体的热容比（即定压热容与定体热容之比）是不同的，摩尔质量M也不同，且γ与M不成正比，因此各气体中的声速一般不相同。
