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声速的测量实验报告误差分析 　　西安交通大学　　大学物理仿真实验　　实验报告　　——声速的测量　　姓名：林丽学号：学院：电信学院班级：计算机22班　　1　　一、实验目的　　1.了解超声波的产生、发射和接收的方法；2.用驻波法和相位比较法测声速。　　二、实验仪器　　1.超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。2.函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。　　3.示波器：示波器的x,y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响　　示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。　　三、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和行波法测量。下图是超声波测声速实验装置图。　　图1实验装置和接线图　　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：　　y1=Acos2πft?　　λx　　y2=Acos2πft+　　叠加后合成波为：　　x　　y=(2Acos2π)cos2πft　　cos2πλ=±1的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置：x=±n2(n=0,1,2,3…)；cos2πλ=0的各点振幅最小，称为波节，对应的位置：x=±4(n=0,1,2,3…)。因此，只要测得相邻两波腹的位置Xn、Xn+1即可得波长。　　2　　x　　λ　　x　　λ　　x　　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：φ=2π(其中λ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　　λx　　2p。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。　　四、实验步骤　　1.　　连接仪器。　　按照图1连接好仪器，使用前开机预热10min，自动工作在连续被方式，选择的介质为空气，观察S1和S2是否平行。　　图2接线截图　　2.　　测量信号源的输出频率????。　　将示波器调整为y-t模式，观察到正弦信号的波形，使S1和S2间的距离约为5cm；调节信号发射强度，波幅为5V，在350附近调节频率，同时观察波形，使信号幅度最大，此时频率为329，即为本系统的谐振频率。　　3.驻波法测波长和声速。　　向右缓慢移动S2，观察示波器正弦信号的变化，选择信号最大位置开始读数，记为xi，取i=10，用逐差法求出声波波长和误差。利用谐振频率f0计算声波波速和误差。　　4.用相位比较法测波长和声速。　　将示波器调整为X-Y工作方式。观察示波器出现的李萨如图形，缓慢移动S2，当重复出现该图形时，说明相位变化了2π，即S1和S2之间移动了一个波长。沿右连续测量10个周期，用逐差法处理数据，求出波长、声速及误差。　　3　　李萨如图形　　图3Ф=0图5Ф=π　　4图6Ф=π　　2图7Ф=3π　　4　　图4Ф=π　　图8Ф=π　　2　　图9Ф=7π　　4　　图10Ф=2π　　4　　五、数据记录及处理　　1．基础数据记录　　谐振频率f0=　　2．驻波法测量声速　　的平均值：?6?λ?i?　　i?1　　λ的不确定度：　　6　　(?　　i　　?)2　　Si?1　　??　　?i(i?1)＝　　因为，λi=(1i+6-1i)/3，Δ仪=所以，u2??　　33　　?仪＝　　?2??S??u2?　　?计算声速：　　??f??　　?f?1%计算不确定度：　　f?　　?(kHz)　　???(f?2?)?(??f)2?3(m/s)　　实验结果表示：υ=m/s，Ev=%　　3．相位比较法测量声速　　5　　力学习题　　误差及数据处理　　一、指出下列原因引起的误差属于哪种类型的误差？　　1．米尺的刻度有误差。　　2．利用螺旋测微计测量时，未做初读数校正。　　3．两个实验者对同一安培计所指示的值读数不同。　　4．天平测量质量时，多次测量结果略有不同。　　5．天平的两臂不完全相等。　　6．用伏特表多次测量某一稳定电压时，各次读数略有不同。　　7．在单摆法测量重力加速度实验中，摆角过大。　　二、区分下列概念　　1．直接测量与间接测量。　　2．系统误差与偶然误差。　　3．绝对误差与相对误差。　　4．真值与算术平均值。　　5．测量列的标准误差与算术平均值的标准误差。　　三、理解精密度、准确度和精确度这三个不同的概念；说明它们与系统误差和偶然误差的关系。　　四、试说明在多次