諧振音速測量方法

1. 實驗時怎樣找到換能器的諧振頻率為什麼換能器要在諧振頻率條件下進行聲速測定

此時振幅大，便於觀察。 否則振動隨距離衰減得很快。不能讀出足夠的數據。 因為在諧振頻率下可形成駐波，根據駐波的情況可測量聲波的波長，再用波長乘以諧振頻率就可以獲得聲速的大小
諧振條件下，同樣電壓下機械振動振幅最大，機電轉換效率高，在同樣機械振幅下，產生的電壓大，靈敏度高。
諧振頻率指的是在含有電容和電感的電路中，如果電容和電感並聯，可能出現於某個很小的時間段內：電容的電壓逐漸升高，而電流卻逐漸減少；電感的電流卻逐漸增加，電感的電壓卻逐漸降低。而在另一個很小的時間段內：電容的電壓逐漸降低，而電流卻逐漸增加；電感的電流卻逐漸減少，電感的電壓卻逐漸升高。電壓的增加可以達到一個正的最大值，電壓的降低也可達到一個負的最大值，同樣電流的方向在這個過程中也會發生正負方向的變化

2. 為什麼要在諧振頻率條件下進行聲速測量如何調節和判斷測量系統是否處於諧振狀態

因為在諧振頻率下可形成駐波，根據駐波的情況可測量聲波的波長，再用波長乘以諧振頻率就可以獲得聲速的大小。

調節諧振時，把感應器貼近發射器，但是不用接觸，然後調節驅動信號的頻率，微調至感應器收到的波形最大為止。

在具有電阻R、電感L和電容C元件的交流電路中，電路兩端的電壓與其中電流位相一般是不同的。如果我們調節電路元件（L或C）的參數或電源頻率，可以使它們位相相同，整個電路呈現為純電阻性。電路達到這種狀態稱之為諧振。

(2)諧振音速測量方法擴展閱讀：

諧振原理即物理的簡諧振動，物體的加速度在跟偏離平衡位置的位移成正比，且總是指向平衡位置的回復力的作用下的振動。其動力學方程式是F=-kx。

諧振的現象是電流增大和電壓減小，越接近諧振中心，電流表電壓表功率表轉動變化快，但是和短路的區別是不會出現零序量。

在物理學里，有一個概念叫共振：當策動力的頻率和系統的固有頻率相等時，系統受迫振動的振幅最大，這種現象叫共振。

電路里的諧振其實也是這個意思：當電路中激勵的頻率等於電路的固有頻率時，電路的電磁振盪的振幅也將達到峰值。實際上，共振和諧振表達的是同樣一種現象。這種具有相同實質的現象在不同的領域里有不同的叫法而已。

3. 大學基礎物理實驗聲速測定，如何用實驗方法確定諧振頻率

用實驗方法確定諧振頻率很簡單，只需要將超聲轉換器連接上示波器，改變信號發生器的頻率，看看什麼頻率下示波器顯示的正弦波振幅最大，這個頻率就是實驗中所需要的諧振頻率。

4. 為什麼要在諧振頻率條件下進行聲速測量如何調節和判斷測量系統是否處於諧振狀態

為什麼要在諧振頻率條件下進行聲速測量?
----諧振時超聲波的發射和接收效率均達到最高
如何調節和判斷測量系統是否處於諧振狀態？
-----保持其他條件不變，僅僅改變信號發生器的輸出頻率，觀察接收到的超聲波信號幅度，出現極大值時對應的頻率就是諧振頻率。

5. 為什麼要在諧振頻率的條件下測量聲速

因為在諧振頻率下可形成駐波，根據駐波的情況可測量聲波的波長，再用波長乘以諧振頻率就可以獲得聲速的大小！

6. 測聲速的方法都有什麼

測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系，即實驗時用結構相同的一對（發射器和接收器）超聲壓電陶瓷換能器，來作聲壓與電壓之間的轉換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位，用振幅法和相位法測定波長，由示波器直接讀出頻率f。

(一)諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件，每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率，當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時，發射器發出的超聲波功率最大，是最佳工作狀態。

(二)振幅法
由發射器發出的聲波近似於平面波。經接收器反射後，波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加。當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振，產生共振駐波現象，波幅達到極大。由縱波的性質可以證明，振動位移處於波節時，則聲壓是處於波腹。接收器端面近似為一波節，接收到的聲壓最大，經接收器轉換成的電信號也最強。聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出，當接收器端面移動到某個共振位置時，示波器上會出現最強的電信號，如果繼續移動接收器，將再次出現最強的電信號，兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。

(三)相位法
波是振動狀態的傳播，也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點，其振動狀態相同，或者說其相位差為2π的整數倍時兩點間的距離應等於波長λ的整數倍，利用這個公式可測量波長。由於發射器發出的是近似於平面波的超聲波，當接收器端面垂直於波的傳播方向時，其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時，總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射的信號同相。移過的這段距離必然等於超聲波的波長λ 。為了判斷相位差並且測定波長，可以利用雙蹤示波器直接比較發射的信號和接收的信號，同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。

如果你想得到空氣中的聲速 那可以用下面這個簡單的方法：
為了測量聲音的速度你需要一個秒錶和一個皮尺。量一個500米的距離，要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端；你的同學兩手各拿一塊大石頭（或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了），你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時，你的同學要把石頭舉到頭頂，盡量大聲敲擊。�當你一看到石頭撞在一起，就按下秒錶。等到你聽到石頭撞擊的音，就再按一下馬表讓秒錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗，算出時間的平均值是最好的。�你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間，就可以算出聲音的速度了。

7. 聲速測定怎麼做

【實驗內容】
1．共振干涉法測波長
⑴ 接線與儀器的初步調節
1）按圖6-1接好線路，打開電源開關預熱15分鍾，儀器自動工作在連續波方式。選擇的介質為空氣的初始狀態。
2）根據測量要求初步調節好示波器（參照示波器的使用調節）。
⑵ 諧振頻率的調節（超聲波頻率f的確定）
將信號源輸出的正弦波信號頻率調節到換能器的諧振頻率，以使換能器發射出較強的超聲波。方法如下：
在兩換能器s1和s2的發射面保持平行的前提下，調節s1和s2相距為1～2cm左右。調節聲速測試儀信號源板面上「發射強度」旋鈕，使信號源輸出電壓在10～15V之間。調節「信號頻率」旋鈕，使信號頻率在25～45kHz之間。然後細調信號頻率，同時觀測示波器上顯示的接收波的電壓幅度變化。在信號源頻率接近實驗室提供的換能器諧振頻率處（34.5～37.5kHz之間），電壓幅度最大，同時聲速測試儀信號源的信號指示燈亮，此時頻率即為與壓電換能器s1、s2相匹配的諧振頻率，記錄該頻率FN（超聲波頻率），轉動搖手鼓輪，改變s1和s2間的距離，適當選擇位置，重新用上述方法調整頻率，再次測定諧振頻率FN，測量5次，取其平均值f為超聲波的頻率。
⑶ 波長λ的測量
轉動搖手鼓輪，由近及遠地改變換能器s1到s2的間距，同時監測示波器的接收信號，記下第1，2，3，…，20個出現正弦波電壓幅度最大的特定位置l1，l2，l3，…，l20。注意利用游標尺的刻度准確地確定這些l值。轉動搖手鼓輪時注意連續向一個方向轉動（為什麼？）。注意測試過程中保持換能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法計算出λ值。數據記錄與計算用列表法進行。以下表格供參考。
i li（cm） i+10 li+10（cm） （cm）

1 11
2 12
┆ ┆
10 20
2．相位比較法測波長（利用李薩如圖形找出同相點求波長）
⑴ 在「共振干涉法測波長」中測定換能器諧振頻率f的基礎之上，將示波器的掃描時間開關（TIME/DIV）置於「x - y」位置。
⑵ 轉動距離調節鼓輪，觀測示波器上顯示的李薩如圖形為一特定角度的斜線（某一特定相位點）時，記錄下此時s2的距離l1（l1值仍由游標尺的刻度讀出）。向同一方向移動換能器s2接收面，使示波器上觀察的波形又回到前述的特定角度斜線位置（同相點），記錄下此時s2接收面的距離l2。依上方法，連續向同一方向轉動距離調節手輪，對出現的每一同相點，分別記錄下相應的位置l3，l4，…，l20，即20個同相點的位置。
用逐差法求出波長的平均值 （ cm）。
3．根據測定的超聲波頻率 和用上二種方法測定的波長 ，分別計算兩種方法測定的在該室溫下超聲波在空氣中的傳播速度 （m/s）。
4．時差法測量聲速
將測試方法設置到脈沖方式。將s1和s2之間的距離調到一定距離（≥50mm）。再調節接收增益，使顯示的時間差值讀數穩定，此時儀器內置的定時器工作在最佳狀態。然後記錄此時的距離值和顯示的時間值li-1、ti-1（時間由聲速測試儀信號源時間顯示窗口直接讀出）。移動s2，同時調節接收增益使接收信號幅度始終保持一致。記錄下這時的距離值和顯示的時間值li、ti。則聲速vi=（li-li-1）/（ti-ti-1）。測量5次計算出vi值，取其平均值為測量結果。
*5．測量液體介質中的聲速
當使用液體為介質測試聲速時，先在測試槽中注入液體，直至把換能器完全浸沒，但不能超過液面線。然後將信號源面板上的介質選擇鍵切換至「液體」，採用前述方法，即可進行測試，步驟相同。
但是，由於聲波在液體中衰減較小，發射出的聲波在很多因素的影響下產生多次反射疊加，在接收換能器表面已經是多個回波的疊加（混響），疊加後波形的駐波特徵較為復雜，並不是可根據單純兩列波疊加來觀察它的幅度變化，來求出波長。因此用通常的兩束波的疊加的公式求波速，其精度已大為下降，會導致測量結果不確定性的增大。

8. 為什麼要在諧振頻率條件下進行聲速的測量

產生共振，幅度增大，便於觀察測量，你有沒有發現，在示波器上，接收端的電壓幅度反而比聲源端的電壓幅度大？典型的共振!
在此基礎上，我想一問，在諧振頻率下，此時接收端與發出端的距離是否正好是半個波長的整數倍?若是，為何如此巧合？

9. 音速是怎樣測出來的

方法1：一個聲音產生後，並不會立刻傳到你的耳朵，通常要經過一段時間。除非你自己有這種經驗，否則這是很難理解的。例如：如果你參加一個運動會，坐在離鳴槍的人有一段距離的地方，你會先看到槍冒煙，後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快(約1秒鍾300000公里)，而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙，但聲音要過一會兒之後才會聽到。
於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外，另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後，幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時，就把馬表按下來；而當他聽到槍聲時，就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間，就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下（利用百米賽跑就可以了）.
為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離，要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端；你的同學兩手各拿一塊大石頭（或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了），你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時，你的同學要把石頭舉到頭頂，盡量大聲敲擊。當你一看到石頭撞在一起，就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音，就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗，算出時間的平均值是最好的。你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間，就可以算出聲音的速度了。

方法二.
測量聲音的速度還有一種利用迴音來測量的的方法：（
所謂回聲，就是聲音在傳播的過程中碰到高大的障礙物被反射了回來，不是在電視里（當然是誇張）有時看到一個人面對大山大喊一聲，可以聽到三個、四個甚至五個回聲嗎？
哪么我們就可以根據這樣的原理，站在離高牆較遠的地方(事先測出你到高牆的距離）大聲地喊一下，在你喊的同時按下秒錶，當你聽到自己的回聲再按一下秒錶，這樣一來，你的喊聲從你那兒到高牆打了一個來回，你只要把上面說的你跟高牆的距離除以測得的時間的一半，這聲音的速度也就出來了（這里要注意的是因為人能分辨出自己的回聲的時間間隔要超過0.1秒，聲音有傳播速度是340米每秒，所以你與牆的距離，至少不得少於17米才行,而且中間還不能有障礙物）。

利用回聲測聲音速度比較高級和精確的做法是：
利用超聲波遇到物體發生反射，超聲波發生器通過電纜線連與超聲接受器連為一體，接受器能將接收到的超聲波信號進行處理並在電腦屏慕上顯示其波形，超聲波發生器每隔固定時間發射一短促的超聲波信號，而接收到的由於障礙物反射回的超聲波信號經儀器處理後也可在電腦屏上顯示出來（兩個波的形狀一大一小便於區分），每個反射波與相應的發射波之間的滯後的時間可經電腦的處理輸出，即能直接從電腦上讀出一個超聲波發射後遇到障礙物返回來的時間間隔，只要你事先測出超聲波發生器到障礙物之間的距離S，並將S除以往返時間的一半就是聲音在空氣里的傳播速度了。（超聲波在空氣中的傳播速度跟一般人能聽得到的聲波速度是相等的）。

測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系，即實驗時用結構相同的一對（發射器和接收器）超聲壓電陶瓷換能器，來作聲壓與電壓之間的轉換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位，用振幅法和相位法測定波長，由示波器直接讀出頻率f。

(一)諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件，每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率，當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時，發射器發出的超聲波功率最大，是最佳工作狀態。

(二)振幅法
由發射器發出的聲波近似於平面波。經接收器反射後，波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加。當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振，產生共振駐波現象，波幅達到極大。由縱波的性質可以證明，振動位移處於波節時，則聲壓是處於波腹。接收器端面近似為一波節，接收到的聲壓最大，經接收器轉換成的電信號也最強。聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出，當接收器端面移動到某個共振位置時，示波器上會出現最強的電信號，如果繼續移動接收器，將再次出現最強的電信號，兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。

(三)相位法
波是振動狀態的傳播，也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點，其振動狀態相同，或者說其相位差為2π的整數倍時兩點間的距離應等於波長λ的整數倍，利用這個公式可測量波長。由於發射器發出的是近似於平面波的超聲波，當接收器端面垂直於波的傳播方向時，其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時，總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射的信號同相。移過的這段距離必然等於超聲波的波長λ 。為了判斷相位差並且測定波長，可以利用雙蹤示波器直接比較發射的信號和接收的信號，同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。

10. 聲速測量實驗中，實驗前怎樣調整系統的諧振頻率

因為在諧振頻率下可形成駐波，根據駐波的情況可測量聲波的波長，再用波長乘以諧振頻率就可以獲得聲速的大小！
否則會嚴重影響聲速測量的准確性。測聲速儀器裝置中有一個換能器，它有一固有諧振頻率f，只有當外加頻率等於此頻率時，換能器才能得到最強的電壓信號，此時換能器的靈敏度最高，測出的實驗結果誤差最小