實驗原理
聲波的傳播速度與聲波頻率和波長的關係為：
可見，只要測出聲波的頻率和波長，即可求出聲速。可由聲源的振動頻率得到，因此，實驗的關鍵就是如何測定聲波波長。
根據超聲波的特點，實驗中可以採用幾種不同的方法測出超聲波的波長：
1. 駐波法（共振干涉法）
如右圖所示，實驗時將訊號發生器輸出的正弦電壓訊號接到發射超聲換能器上，超聲發射換能器通過電聲轉換，將電壓訊號變為超聲波，以超聲波形式發射出去。接收換能器通過聲電轉換，將聲波訊號變為電壓訊號後，送入示波器觀察。
由聲波傳播理論可知，從發射換能器發出一定頻率的平面聲波，經過空氣傳播，到達接收換能器。如果接收面和發射面嚴格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波與反射波相互干涉形成駐波。此時，兩換能器之間的距離恰好等於其聲波半波長的整數倍。
在聲駐波中，波腹處聲壓（空氣中由於聲擾動而引起的超出靜態大氣壓強的那部分壓強）最小，而波節處聲壓最大。當接收換能器的反射介面處為波節時，聲壓效應最大，經接收器轉換成電訊號後從示波器上觀察到的電壓訊號幅值也是極大值，所以可從接收換能器端麵聲壓的變化來判斷超聲波駐波是否形成。
移動卡尺游標，改變兩隻換能器端麵的距離，在一系列特定的距離上，媒質中將出現穩定的駐波共振現象，此時，兩換能器間的距離等於半波長的整數倍，只要我們監測接收換能器輸出電壓幅度的變化，記錄下相鄰兩次出現最大電壓數值時（即接收器位於波節處）卡尺的讀數（兩讀數之差的絕對值等於半波長），則根據公式：就可算出超聲波在空氣中的傳播速度，其中超聲波的頻率可由訊號發生器直接讀得。
2.相位比較法
實驗接線如下圖所示。波是振動狀態的傳播，也可以說是位相的傳播。在聲波傳播方向上，所有質點的振動位相逐一落後，各點的振動位相又隨時間變化。
聲波波源和接收點存在著位相差，而這位相差則可以通過比較接收換能器輸出的電訊號與發射換能器輸入的正弦交變電壓訊號的位相關係中得出，並可利用示波器的李薩如圖形來觀察。
位相差和角頻率、傳播時間t之間有如下關係
同時有，，，（式中t為週期）
代入上式得
當 （n=1，2，3，...）時，可得。
由上式可知：當接收點和波源的距離變化等於乙個波長時，則接收點和波源的位相差也正好變化乙個週期（即ф=2π）。
實驗時，通過改變發射器與接收器之間的距離，觀察到相位的變化。當相位差改變π時，相應距離的改變量即為半個波長。根據波長和頻率即可求出波速。
實驗儀器
聲速測定儀如下圖所示，在支架和絲槓上相向安置兩個固有頻率相同的壓電陶瓷換能器，左端支架上固定的是發射換能器，右端可移動底座安裝的是接收換能器，當旋轉帶刻度手輪及借助螺旋測微裝置，就可精密地調節並測出兩換能器之間的距離。
下圖中兩換能器的核心元件（壓電片）都是由壓電材料（如石英、鋯鈦酸鉛陶瓷等）做成，壓電材料具有正壓電效應（在應力作用下兩極產生異號電荷，兩極間產生電位差）和逆壓電效應（壓電材料兩端間加上外加電壓時能產生應變）。利用上述可逆效應將壓電材料製成的壓電換能器可以實現聲能與電能的相互轉換。當左邊壓電換能器s1處於交變電場中時，利用逆壓電效應可以把電能轉換為聲能作為聲波發生器；而右邊壓電換能器s2則是利用正壓電效應，將接收的聲振動轉化成電振動作為聲波接收器。
實驗內容
1.用駐波法（共振法）測聲速：
按圖連線裝置，將訊號源調至壓電陶瓷換能器的固有頻率，示波器疊加方式用「y2」，內觸發電源亦選「y2」或「y1/y2」，連續改變接收器位置，觀察聲壓變化與接收器位置的關係，由此測定超聲波波長。
2.用相位比較法（李薩如圖形法）測聲速：
按圖連線儀器裝置，示波器疊加方式用「交替」或「斷續」，內觸發電源選「y2」，按下示波器的「x-y」鍵，改變接收器位置，通過李薩如圖形測定超聲波波長。
資料處理
1. 駐波法（共振干涉法）
資料表1khz
①. 根據逐差法處理資料，先算出5的平均值，再算出其標準偏差，再按式，求出，其中為考慮儀器誤差取＝0.02mm；
②由求出，再由推導出的表示式，最後給出的表示式（）。
③將實驗值與理論值比較，求出其相對誤差。
2.相位比較法
資料表2khz
資料處理要求及方法同上①②③。
思考題1．怎樣尋找壓電換能器的固有頻率？為什麼換能器要在諧振頻率條件下進行聲速測定？
2．用李薩如圖形法測量時，內觸發電源選「y1」可以嗎？選「y2」和「y1」有何不同？用共振法測量時應如何？
相關知識
機械振動在介質中的傳播稱為機械波。聲波就是這種機械波。人耳能聽到的聲波稱為可聞聲波，頻率在20hz一20khz之間，頻率低於20hz的聲波是次聲波，頻率高於20khz的聲波則稱為超聲波。
聲波在介質中傳播速度取決於介質的性質，可利用聲速的測量來研究介質的性質和狀態的變化。而實際測量中並不是所有頻率的聲波都可測量。次聲波頻率低，波長大，難以測量；可聞聲波干擾大。
只有超聲波適於測量，因其方向性好，能量集中，故實際測量頻率20khz以上的超聲波訊號。
注意事項
1．正確使用訊號發生器及示波器；實驗時一般將訊號源輸出調至峰-峰值v左右。
2．用聲速測量儀測定波長時，應注意單方向（一般是超聲波的傳播方向）移動接收器，否則將會產生螺距間隙差。
3．注意恰當選擇示波器的「掃瞄速度調節（sec/div）」及「電壓調節（volts/div）」的檔位，以便觀察及減小測量不確定度。
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