相位比較法測聲速要求實驗裝置嚴格平行

A. 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。

B. 用駐波法和相位比較法測聲速，示波器的接線和操作有什麼不同

這還真難到我了

C. 聲速測量的駐波法和相位法有什麼異同

1、相同點：

（1）波源，駐波法、相位法用的是連續波。

（2）測量儀器，駐波法、相位法要用示波器、刻尺和頻率計。

（3）原理上，駐波法、相位法原理相同，均是發射波和返回波形成駐波（在力學里對應的稱共振），測量波腹到波腹之間的距離或駐波相位差為2Pi（兩個波腹到波腹之間的距離）距離來計算波速（波腹到波腹之間的距離為聲波長的1/2,用波長乘以頻率既得聲速）。

2、區別：

實驗與理論分析證明：相位法測量波長比駐波法准確度要高。在與簡諧運動有關的測量中，測量最大變化率點常常比測量最大值點的准確度要高。

(3)相位比較法測聲速要求實驗裝置嚴格平行擴展閱讀：

駐波法、相位法相比於時差法。

聲速測量中的駐波法是觀測聲波與其反射波所形成的駐波。由於，改變半個波長的傳播路程,駐波的波幅會變化一個周期，可以測得波長，再乘以頻率，既可得到聲速。

相位法法是比較接收波與發射波的相位差，在示波器上形成李沙如圖。由於，改變一個波長的傳播路徑，相位會變化2pi，變化一個周期。從而測得波長,乘以頻率,得到聲速。

這兩種方法的優點是通過示波器觀測波形直觀，又可以講解駐波和李薩如圖形，涉及知識點較多，一般學校都會選擇這兩種方法做測量，缺點是波腹和相位差所對應的示波器波形判斷人為因素太大，測量出來的數據偏差較大。

時差法所用為脈沖波，可人為改變接收器到發射器的距離，測量脈沖發射到接收的時間差，用距離改變數除以時間改變數即可，優點是人為因素少，測量精度高，缺點（對於實驗教學來說）涉及的內容少，操作太簡單。

參考資料來源一：網路--相位

參考資料來源二：網路--駐波