一、实验目的

1. 掌握用驻波法和相位比较法测量声速的原理和方法。
2. 了解压电换能器的功能，学会使用示波器观察波形变化。
3. 学会用逐差法处理实验数据，提高数据处理能力.

二、实验原理

• 驻波法：由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与反射波叠加形成驻波。当接受换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观测到的电压信号幅值也是极大值。移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时两换能器间的距离等于半波长的整数倍。只要监测接受换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时卡尺的读数，两读数之差的绝对值等于半波长，进而可算出超声波在空气中的传播速度.
• 相位比较法：波是振动状态的传播，也是位相的传播。在声波传播方向上，各点的振动位相逐一落后，且各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接受点存在着位相差，而这位相差则可以通过比较接受换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的位相关系中得出，并可运用示波器的李萨如图形来观测。当接受点和波源的距离变化等于一个波长时，则接受点和波源的位相差也恰好变化一个周期（即）。通过改变发射器与接收器之间的距离，观测到相位的变化，当相位差变化时，对应距离的变化量即为半个波长，根据波长和频率即可求出波速
  
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三、实验仪器

四、实验步骤

（一）驻波法

1. 连接测量电路，将超声声速测定仪的发射换能器与函数信号发生器连接，接收换能器与示波器连接。
2. 调整仪器，使系统处于最佳工作状态。打开函数信号发生器，调节频率在之间，幅度为左右的正弦信号，同时观察示波器上的波形，通过调节信号发生器的微调旋钮，使示波器上信号幅度达到最大，此时的频率即为换能器的共振频率 。
3. 移动游标卡尺，使两换能器间距逐渐增大，同时观察示波器上波形的变化，当出现波节时，记录此时游标卡尺的读数，继续移动游标卡尺，记录下相邻波节的位置、……，共测量组数据 。

（二）相位比较法

1. 改变示波器的设置，将其切换到模式，用于观察李萨如图形。
2. 缓慢移动游标卡尺，改变两换能器之间的距离，观察示波器上李萨如图形的变化。当李萨如图形由直线变为椭圆，再变为直线时，记录此时游标卡尺的读数，继续移动游标卡尺，记录下相邻相同形状直线出现时的位置、……，共测量组数据 。

五、数据记录与处理

（一）驻波法

（二）相位比较法

六、误差分析

1. 仪器误差：超声声速测定仪、函数信号发生器、示波器等仪器本身存在一定的精度限制，会导致测量结果的误差23.
2. 读数误差：在读取游标卡尺的数值时，由于人眼的分辨能力有限，可能会产生一定的读数误差13.
3. 环境因素：实验环境中的温度、湿度、气压等因素的变化，可能会对声速产生影响，从而导致测量误差25.
4. 操作误差：在实验过程中，如移动游标卡尺的速度不均匀、调节仪器时不够准确等操作不当的行为，也会引入误差3.

七、实验结论

1. 通过驻波法和相位比较法测量得到的声速分别为和，与理论值（在一定温度下空气中的声速理论值）进行比较，计算相对误差和 。
2. 分析实验结果与理论值存在偏差的原因，主要是由于仪器误差、读数误差、环境因素和操作误差等因素的影响。
3. 总结实验过程中的经验教训，提出改进实验的方法和措施，如选择精度更高的仪器、优化实验操作步骤、控制实验环境等，以提高实验的准确性和可靠性。