声速的测量

本实验利用多种不同原理测量声速。虽然各种方法给出的声速都能很好的吻合，但是同学们会在实验中发现一些无法用给出的原理（见视频“声速1.0”及参考资料中的各讲义）解释的现象。

因此，本实验鼓励同学们从这些实验现象出发，自己思考：能否找到更好的的物理解释，统一所观察到的所有实验现象。 注意：物理实验（下）是一门强调探索性研究的课程。提前向学长或已完成该循环的同学了解实验会导致严重剧透而使实验失去乐趣！

视频请在每周撰写预习报告前观看。

b站【大学物理实验（下）声速测量1】 https://www.bilibili.com/video/BV1ng4y1p7Xk/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa

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将在第一次实验完成，写完相应实验分析后，在第二次实验课上面对面发送。 不要分享给其它同学！

注意⚠️第二次实验前观看！没必要提前看。

【大学物理实验（下）声速测量2】 https://www.bilibili.com/video/BV1mA41127q1/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa

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【大学物理实验（下）声速测量3】 https://www.bilibili.com/video/BV1gv4y1s7qe/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa

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• 学习声速的测量方法，并测量不同介质中的声速：气体（空气）、液体（水）、固体（有机玻璃棒）。

• 什么是相位法？什么是共振法？什么是时差法？它们各有什么优缺点？
• 根据空气中声速与温度的关系，猜想一下水（或液体）中的声速与温度可能是什么关系？说明理由。
• 给定固体材料的尺寸，如何测量固体中的声速？
• 在不知道固体中声速的大致数值的情况下，固体材料的尺寸应如何设计？

1. 什么是相位法？什么是共振法？什么是时差法？它们各有什么优缺点？
2. 根据空气中声速与温度的关系，猜想一下水（或液体）中的声速与温度可能是什么关系？说明理由。
3. 给定固体材料的尺寸，如何测量固体中的声速？

1. 为什么要测量谐振频率？
2. 共振法中，极大值的振幅随换能器间距的增加如何改变？
3. 如果标尺的零点不准，即换能器贴紧时读数不为零，对实验结果有何影响？
4. 考虑电子线路的延时，对实验结果有何影响？

• 水中共振法和相位法的实验现象和你的预期有不一致吗？如何设计实验验证你的猜想？
• 如果只有单根固体棒，如何设计实验测量固体中的声速？

示波器、信号发生器、声速测量仪、水槽、纯净水、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、电子天平等。

• 第一次：用3种方法测量空气中的声速、选择一种方法，研究固体中的声速。
• 第二次：用3种方法测量水中的声速，并与空气中所观察到的实验现象作比较。

1. 用3种方法测量空气中的声速，并比较3种方法的特点。
2. 用3种方法测量水中的声速，并与空气中所观察到的实验现象作比较。
3. 选择一种方法，研究固体中的声速。
4. （选做）若仅有一个圆柱形的固体样品，已知其中声速的大致数值，设计一种实验方法准确测量其声速值（相对不确定度小于3%）。
5. （选做）水中的实验现象与什么有关，设计实验验证你的想法。
6. （选做）研究水中声速与水温的关系。

• 测量仪器上刻度尺的零点可能不准，这是否会影响声速的实验值？
• 时差法中，信号传播在电子线路的延时是否可以忽略？它是否会影响到声速的实验值？
• 如何进行实验数据的处理，才能得到较为准确的结果？

• 如何从示波器上得到稳定、明显的信号?
• 在示波器上观察到的波形如果有畸变，如何调节？
• 测量时，每种方法对位置的判断分别有多大的不确定度？

• 测量液体中的声速时，水槽的边界对实验结果有什么影响？水的液面高度对实验结果有什么影响？如何验证你的想法？
• *如何保持水槽中液体的温度近似不变？

• 简要叙述本实验的基本原理。
• 记录实验中出现的实验现象，对其进行分析、讨论。
• 实验数据的处理，及对结果的分析、讨论。

• 沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003年
• 空气温度、湿度对理论声速的影响——朱鹤年，新概念基础物理实验讲义
• 附表：水的饱和蒸汽压与温度的关系
• 压电效应
• 压电材料
• 音障
• 介面反射与声阻抗匹配
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• （以上图片资料来自网络）

————引自基础物理实验补充讲义P15

13307110107提问：水中声速的理论值如何确定？咱们的水提供的八成是（应该就是）自来水，里面有很多离子，而且室温一定等于水温么？谢谢。

理论值可以查资料得到；水中离子的影响有多大，可以进行分析；水在室温中平衡了很多天，可以认为室温与水温相等；根据水中声速与温度的关系，如果有温度差，影响有多少？