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摘  要：就聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)三種測(cè)量方法，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說(shuō)明，便于提高實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)技能。

關(guān)鍵詞：聲速；實(shí)驗(yàn)；測(cè)量方法；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；技能

    聲速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，基本有三種測(cè)量方法：駐波法(共振干涉法)；相位比較法(李薩如圖法)； 時(shí)差法。通過對(duì)三種測(cè)量方法分析，我認(rèn)為三種測(cè)量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。前兩種方法存在一定的視覺測(cè)量誤差，測(cè)量結(jié)果不確定性的增大，容易引起測(cè)量精確度的降低，但操作性強(qiáng)，便于實(shí)驗(yàn)者技能的培養(yǎng)；后一種方法精確度大大提高，在實(shí)際工程中，時(shí)差法測(cè)量聲速得到廣泛的應(yīng)用，但因?yàn)橛蓛x器本身來(lái)計(jì)測(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)技能和技巧沒有太大幫助。建議實(shí)驗(yàn)者帶著比對(duì)、加深印象目的使用這三種方法進(jìn)行測(cè)量聲速。建議優(yōu)先用相位法、駐波法測(cè)量并分析誤差的原因，有利于理論和技能的綜合提高。如增加實(shí)驗(yàn)組數(shù)，也有效增加了測(cè)量的精確度。下面就三種方法簡(jiǎn)單介紹并實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。

    實(shí)驗(yàn)介紹：

    1、駐波法(共振干涉法)  由測(cè)試架上發(fā)射換能器發(fā)射出的聲波經(jīng)介質(zhì)傳播到接收換能器時(shí)，在接收換能器表面(是一個(gè)平面)產(chǎn)生反射。此時(shí)反射波與入射波在換能器表面疊加，疊加后的波形具有駐波特性。從聲波理論可知，當(dāng)二個(gè)聲波幅度相同，方向相反進(jìn)行傳播時(shí)，在它們的相交處進(jìn)行聲波干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)駐波。而聲強(qiáng)在波幅處最小，在波節(jié)處最大。所以調(diào)節(jié)接收換能器的位置，通過示波器看到的波形幅度也隨位置的變化而出現(xiàn)起伏，因?yàn)槭强磕繙y(cè)幅度的變化來(lái)知道它的波長(zhǎng)，所以難以得到很精確的結(jié)果。特別是在液體中傳播，由于聲波在液體中衰減較小，發(fā)射出的聲波在很多因素影響下產(chǎn)生多次反射疊加，在接收換能器表面已經(jīng)是多個(gè)回波的疊加(混響)，疊加后的波形的駐波特征較為復(fù)雜，并不是根據(jù)單純的兩束波疊加來(lái)觀察它的幅度變化，來(lái)求出波長(zhǎng)。因此用通常的兩束波疊加的公式來(lái)求速度，其精確性大為下降，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不確定性的增大。通過在測(cè)試槽中的左、中、右三處進(jìn)行測(cè)量，可以明確看出用通常的計(jì)算公式，在不同的地方計(jì)算得到的聲速是不一樣的。

    2、相位比較法(李薩如圖法)  聲速在傳播途中的各個(gè)點(diǎn)的相位是不同的，當(dāng)發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離變化，二者的相位差也變化。通過示波器用李薩如圖法進(jìn)行波長(zhǎng)的測(cè)量。與駐波法相同的是都是目測(cè)波形的變化來(lái)求它的波長(zhǎng)，同樣測(cè)量結(jié)果存在著一定的不確定性。同樣因?yàn)槁暡ㄔ谝后w中傳播存在著多個(gè)回波的干涉影響，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不確定性的增大。

    3、時(shí)差法  在實(shí)際工程中，時(shí)差法測(cè)量聲速得到廣泛的應(yīng)用。時(shí)差法測(cè)試聲速的基本原理是基于速度 =距離S／時(shí)間T，通過在已知的距離內(nèi)計(jì)測(cè)聲波傳播的時(shí)間；從而計(jì)算出聲波的傳播速度，在一定的距離之間由控制電路定時(shí)發(fā)出一個(gè)聲脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后到達(dá)接收換能器。接收到的信號(hào)經(jīng)放大，濾波后由高精度計(jì)時(shí)電路求出聲波從發(fā)出到接收這個(gè)在介質(zhì)傳播中經(jīng)過的時(shí)間，從而計(jì)算出在某一介質(zhì)中的傳播速度。只因?yàn)椴挥媚繙y(cè)的方法，而由儀器本身來(lái)計(jì)測(cè)，所以其測(cè)量精度相對(duì)于前面兩種方法要高。同樣在液體中傳播時(shí)，由于只檢測(cè)首先到達(dá)的聲波的時(shí)間，而與其它回波無(wú)關(guān)，這樣回波的影響比較小，因此測(cè)量的結(jié)果較為準(zhǔn)確，所以工程中往往采用時(shí)差法來(lái)測(cè)量。