实验名称：声速的测量
1. 实验目的：
（1）了解超声波的发射和接收方法。
（2）加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。
（3）掌握用驻波法和相位法测声速。
2. 实验器材：
示波器
声速仪
信号发生器
3. 实验原理
由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，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。
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：
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。
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：
其中l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2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
4. 实验内容与步骤
1．调整仪器使系统处于最佳工作状态，换能器共振频率约为35KHz。
2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。
注意事项
1．确保换能器S1和S2端面的平行。
2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f0保持一致。
5. 实验记录
1.相位法测光速如下
2.驻波法测光速如下：
6. 数据处理及误差分析
1.相位法测光速:
由excel表格得，平均数（第三行）
由逐差法得：
平均数为24.993
由以下两个公式可得：
超声波波长为：9.9732（mm）
声速为（m/s）348.8
2.驻波法测光速:
由excel表格得，平均数（第三行）
由逐差法得：
由以下两个公式可得：
超声波波长为：（mm）9.704
声速为（m/s）340.6
误差分析
- 共振频率的不稳定。
- 换能器的不完全平行。
- 示波器上振幅极大值的不稳。
- 随着换能器的距离的增加能量会有减弱。
- 测量时会含有回程差。
7. 思考题及实验小结
1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？
答：可行。改变频率，测输入输出信号的相位，从第一个同相的频率，到另外一个同相的频率，那么中间就差一个波长。计算两个波长的差别，就可以算出声速。
2．各种气体中的声速是否相同？为什么？
答：不一样，声音是一种波，受空气阻力而衰减，空气密度不同，声波衰减不一样，所以传播速度不一样。
实验小结
本实验的实验难点有：
- 用相位比较法和驻波法（共振干涉仪）测波长和声速的原理及实现方法。
- 正确使用示波器实现上述两种方法的测量。
- 用逐差法处理数据，算出声速v和不确定度。需要加以注意。
