谐振音速测量方法

1. 实验时怎样找到换能器的谐振频率为什么换能器要在谐振频率条件下进行声速测定

此时振幅大，便于观察。 否则振动随距离衰减得很快。不能读出足够的数据。 因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率就可以获得声速的大小
谐振条件下，同样电压下机械振动振幅最大，机电转换效率高，在同样机械振幅下，产生的电压大，灵敏度高。
谐振频率指的是在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现于某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少；电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内：电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加；电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化

2. 为什么要在谐振频率条件下进行声速测量如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态

因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率就可以获得声速的大小。

调节谐振时，把感应器贴近发射器，但是不用接触，然后调节驱动信号的频率，微调至感应器收到的波形最大为止。

在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流位相一般是不同的。如果我们调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们位相相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。

(2)谐振音速测量方法扩展阅读：

谐振原理即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx。

谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表电压表功率表转动变化快，但是和短路的区别是不会出现零序量。

在物理学里，有一个概念叫共振：当策动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。

电路里的谐振其实也是这个意思：当电路中激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。

3. 大学基础物理实验声速测定，如何用实验方法确定谐振频率

用实验方法确定谐振频率很简单，只需要将超声转换器连接上示波器，改变信号发生器的频率，看看什么频率下示波器显示的正弦波振幅最大，这个频率就是实验中所需要的谐振频率。

4. 为什么要在谐振频率条件下进行声速测量如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态

为什么要在谐振频率条件下进行声速测量?
----谐振时超声波的发射和接收效率均达到最高
如何调节和判断测量系统是否处于谐振状态？
-----保持其他条件不变，仅仅改变信号发生器的输出频率，观察接收到的超声波信号幅度，出现极大值时对应的频率就是谐振频率。

5. 为什么要在谐振频率的条件下测量声速

因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率就可以获得声速的大小！

6. 测声速的方法都有什么

测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系，即实验时用结构相同的一对（发射器和接收器）超声压电陶瓷换能器，来作声压与电压之间的转换。利用示波器观察超声波的振幅和相位，用振幅法和相位法测定波长，由示波器直接读出频率f。

(一)谐振频率
超声压电陶瓷换能器是实验的关键部件，每对超声压电陶瓷换能器都有其固有的谐振频率，当换能器系统的工作频率处于谐振状态时，发射器发出的超声波功率最大，是最佳工作状态。

(二)振幅法
由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后，波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振，产生共振驻波现象，波幅达到极大。由纵波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处于波腹。接收器端面近似为一波节，接收到的声压最大，经接收器转换成的电信号也最强。声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出，当接收器端面移动到某个共振位置时，示波器上会出现最强的电信号，如果继续移动接收器，将再次出现最强的电信号，两次共振位置之间的距离即为1/2λ 。

(三)相位法
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同，或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，利用这个公式可测量波长。由于发射器发出的是近似于平面波的超声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射的信号同相。移过的这段距离必然等于超声波的波长λ 。为了判断相位差并且测定波长，可以利用双踪示波器直接比较发射的信号和接收的信号，同时沿传播方向移动接收器寻找同相点。也可以利用利萨如图形寻找同相时椭圆退化为斜直线的点。

如果你想得到空气中的声速 那可以用下面这个简单的方法：
为了测量声音的速度你需要一个秒表和一个皮尺。量一个500米的距离，要尽可能量得准确一点。你和你的同学分别站在两端；你的同学两手各拿一块大石头（或者锣、鼓、或者干脆拍手--拍手的声音太低如果对方听不到就不好办了），你则拿一个马表。当你大叫“开始”时，你的同学要把石头举到头顶，尽量大声敲击。�当你一看到石头撞在一起，就按下秒表。等到你听到石头撞击的音，就再按一下马表让秒表停下来。时间方面要记录到十分之一秒。如果能多做几次实验，算出时间的平均值是最好的。�你只要用计算机把你和你同学的距离除以时间，就可以算出声音的速度了。

7. 声速测定怎么做

【实验内容】
1．共振干涉法测波长
⑴ 接线与仪器的初步调节
1）按图6-1接好线路，打开电源开关预热15分钟，仪器自动工作在连续波方式。选择的介质为空气的初始状态。
2）根据测量要求初步调节好示波器（参照示波器的使用调节）。
⑵ 谐振频率的调节（超声波频率f的确定）
将信号源输出的正弦波信号频率调节到换能器的谐振频率，以使换能器发射出较强的超声波。方法如下：
在两换能器s1和s2的发射面保持平行的前提下，调节s1和s2相距为1～2cm左右。调节声速测试仪信号源板面上“发射强度”旋钮，使信号源输出电压在10～15V之间。调节“信号频率”旋钮，使信号频率在25～45kHz之间。然后细调信号频率，同时观测示波器上显示的接收波的电压幅度变化。在信号源频率接近实验室提供的换能器谐振频率处（34.5～37.5kHz之间），电压幅度最大，同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮，此时频率即为与压电换能器s1、s2相匹配的谐振频率，记录该频率FN（超声波频率），转动摇手鼓轮，改变s1和s2间的距离，适当选择位置，重新用上述方法调整频率，再次测定谐振频率FN，测量5次，取其平均值f为超声波的频率。
⑶ 波长λ的测量
转动摇手鼓轮，由近及远地改变换能器s1到s2的间距，同时监测示波器的接收信号，记下第1，2，3，…，20个出现正弦波电压幅度最大的特定位置l1，l2，l3，…，l20。注意利用游标尺的刻度准确地确定这些l值。转动摇手鼓轮时注意连续向一个方向转动（为什么？）。注意测试过程中保持换能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法计算出λ值。数据记录与计算用列表法进行。以下表格供参考。
i li（cm） i+10 li+10（cm） （cm）

1 11
2 12
┆ ┆
10 20
2．相位比较法测波长（利用李萨如图形找出同相点求波长）
⑴ 在“共振干涉法测波长”中测定换能器谐振频率f的基础之上，将示波器的扫描时间开关（TIME/DIV）置于“x - y”位置。
⑵ 转动距离调节鼓轮，观测示波器上显示的李萨如图形为一特定角度的斜线（某一特定相位点）时，记录下此时s2的距离l1（l1值仍由游标尺的刻度读出）。向同一方向移动换能器s2接收面，使示波器上观察的波形又回到前述的特定角度斜线位置（同相点），记录下此时s2接收面的距离l2。依上方法，连续向同一方向转动距离调节手轮，对出现的每一同相点，分别记录下相应的位置l3，l4，…，l20，即20个同相点的位置。
用逐差法求出波长的平均值 （ cm）。
3．根据测定的超声波频率 和用上二种方法测定的波长 ，分别计算两种方法测定的在该室温下超声波在空气中的传播速度 （m/s）。
4．时差法测量声速
将测试方法设置到脉冲方式。将s1和s2之间的距离调到一定距离（≥50mm）。再调节接收增益，使显示的时间差值读数稳定，此时仪器内置的定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值和显示的时间值li-1、ti-1（时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出）。移动s2，同时调节接收增益使接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值和显示的时间值li、ti。则声速vi=（li-li-1）/（ti-ti-1）。测量5次计算出vi值，取其平均值为测量结果。
*5．测量液体介质中的声速
当使用液体为介质测试声速时，先在测试槽中注入液体，直至把换能器完全浸没，但不能超过液面线。然后将信号源面板上的介质选择键切换至“液体”，采用前述方法，即可进行测试，步骤相同。
但是，由于声波在液体中衰减较小，发射出的声波在很多因素的影响下产生多次反射叠加，在接收换能器表面已经是多个回波的叠加（混响），叠加后波形的驻波特征较为复杂，并不是可根据单纯两列波叠加来观察它的幅度变化，来求出波长。因此用通常的两束波的叠加的公式求波速，其精度已大为下降，会导致测量结果不确定性的增大。

8. 为什么要在谐振频率条件下进行声速的测量

产生共振，幅度增大，便于观察测量，你有没有发现，在示波器上，接收端的电压幅度反而比声源端的电压幅度大？典型的共振!
在此基础上，我想一问，在谐振频率下，此时接收端与发出端的距离是否正好是半个波长的整数倍?若是，为何如此巧合？

9. 音速是怎样测出来的

方法1：一个声音产生后，并不会立刻传到你的耳朵，通常要经过一段时间。除非你自己有这种经验，否则这是很难理解的。例如：如果你参加一个运动会，坐在离鸣枪的人有一段距离的地方，你会先看到枪冒烟，后听到枪声。这是因为光行进的速度非常快(约1秒钟300000公里)，而声音的速度就慢得多(约1秒种340米)。所以你会立刻看到枪冒烟，但声音要过一会儿之后才会听到。
于是早期测量声音的速度是利用枪来做实验。帮忙的人要拿着枪在一个量好的距离外，另一个人就拿着马表站在原点。在看到信号之后，帮忙的人就对空鸣枪。在原点的人一看到枪的火花和烟时，就把马表按下来；而当他听到枪声时，就再按一次马表让马表停下来。看到火花和听到枪声之间的时间，就是声音行经这一段量好距离所需的时间。就能算出声音的速度。根据这一原理你不妨在今后的校运动会的时候试验一下（利用百米赛跑就可以了）.
为了测量声音的速度你需要一个马表和一个皮尺。量一个500公尺的距离，要尽可能量得准确一点。你和你的同学分别站在两端；你的同学两手各拿一块大石头（或者锣、鼓、或者干脆拍手--拍手的声音太低如果对方听不到就不好办了），你则拿一个马表。当你大叫“开始”时，你的同学要把石头举到头顶，尽量大声敲击。当你一看到石头撞在一起，就按下马表。等到你听到石头撞击的音，就再按一下马表让马表停下来。时间方面要记录到十分之一秒。如果能多做几次实验，算出时间的平均值是最好的。你只要用计算机把你和你同学的距离除以时间，就可以算出声音的速度了。

方法二.
测量声音的速度还有一种利用回音来测量的的方法：（
所谓回声，就是声音在传播的过程中碰到高大的障碍物被反射了回来，不是在电视里（当然是夸张）有时看到一个人面对大山大喊一声，可以听到三个、四个甚至五个回声吗？
哪么我们就可以根据这样的原理，站在离高墙较远的地方(事先测出你到高墙的距离）大声地喊一下，在你喊的同时按下秒表，当你听到自己的回声再按一下秒表，这样一来，你的喊声从你那儿到高墙打了一个来回，你只要把上面说的你跟高墙的距离除以测得的时间的一半，这声音的速度也就出来了（这里要注意的是因为人能分辨出自己的回声的时间间隔要超过0.1秒，声音有传播速度是340米每秒，所以你与墙的距离，至少不得少于17米才行,而且中间还不能有障碍物）。

利用回声测声音速度比较高级和精确的做法是：
利用超声波遇到物体发生反射，超声波发生器通过电缆线连与超声接受器连为一体，接受器能将接收到的超声波信号进行处理并在电脑屏慕上显示其波形，超声波发生器每隔固定时间发射一短促的超声波信号，而接收到的由于障碍物反射回的超声波信号经仪器处理后也可在电脑屏上显示出来（两个波的形状一大一小便于区分），每个反射波与相应的发射波之间的滞后的时间可经电脑的处理输出，即能直接从电脑上读出一个超声波发射后遇到障碍物返回来的时间间隔，只要你事先测出超声波发生器到障碍物之间的距离S，并将S除以往返时间的一半就是声音在空气里的传播速度了。（超声波在空气中的传播速度跟一般人能听得到的声波速度是相等的）。

测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系，即实验时用结构相同的一对（发射器和接收器）超声压电陶瓷换能器，来作声压与电压之间的转换。利用示波器观察超声波的振幅和相位，用振幅法和相位法测定波长，由示波器直接读出频率f。

(一)谐振频率
超声压电陶瓷换能器是实验的关键部件，每对超声压电陶瓷换能器都有其固有的谐振频率，当换能器系统的工作频率处于谐振状态时，发射器发出的超声波功率最大，是最佳工作状态。

(二)振幅法
由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后，波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振，产生共振驻波现象，波幅达到极大。由纵波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处于波腹。接收器端面近似为一波节，接收到的声压最大，经接收器转换成的电信号也最强。声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出，当接收器端面移动到某个共振位置时，示波器上会出现最强的电信号，如果继续移动接收器，将再次出现最强的电信号，两次共振位置之间的距离即为1/2λ 。

(三)相位法
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同，或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距离应等于波长λ的整数倍，利用这个公式可测量波长。由于发射器发出的是近似于平面波的超声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时，总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射的信号同相。移过的这段距离必然等于超声波的波长λ 。为了判断相位差并且测定波长，可以利用双踪示波器直接比较发射的信号和接收的信号，同时沿传播方向移动接收器寻找同相点。也可以利用利萨如图形寻找同相时椭圆退化为斜直线的点。

10. 声速测量实验中，实验前怎样调整系统的谐振频率

因为在谐振频率下可形成驻波，根据驻波的情况可测量声波的波长，再用波长乘以谐振频率就可以获得声速的大小！
否则会严重影响声速测量的准确性。测声速仪器装置中有一个换能器，它有一固有谐振频率f，只有当外加频率等于此频率时，换能器才能得到最强的电压信号，此时换能器的灵敏度最高，测出的实验结果误差最小