【摘要】空氣中的波速檢測是個綜合性很強的化學實驗，在實際應用中也具有十分重要的意義，因而許多高等高校都把它列為必選的基礎實驗。本文用共振干涉法和相位比較法對空氣中的波速進行了研究，得到聲波在空氣中的傳播速率分別為341.54以及341.99ms-1，與理論值343.54ms-1比較接近，最后對實驗數據進行了偏差處理。
【關鍵詞】聲速；空氣；共振干涉法；相位比較法
0序言
近幾年來隨著聲學的發展，測量聲學在現實生活中得到了越來越廣泛的應用。諸如：無損檢查、流體測速、探傷、定位、測距等[1]。波速的檢測在聲學測量領域占有十分重要的地位?？諝庵械牟ㄋ贆z測實驗因其應用性強、便于操作、易于實現等優點被好多院校選作基礎化學實驗。媒質的特點及狀態等誘因決定了聲波在其中傳播的速率，通過媒質中波速的測定，如：檢測氯丁橡膠乳霜的比重、氯氣、蔗糖的含量以及輸油管中不同油品的分界面等等可以了解媒質的特點或狀態變化，因而波速測定在個別工業生產上具有極其重要的實用意義[2]。在教學中通常采用以下兩種理論方式來檢測波速：第一種是檢測聲波傳播的距離s和時間t，之后依照公式v=s/t估算出波速。這些技巧學校采用的比較多。另一種是檢測聲波的頻度f和波長λ。之后依照任何相鄰的振幅最大值的位置之間波動過程中波速v、波長λ和頻度f之間存在著下述關系：v=λf，估算出波速[3]。目前院校中普遍采用的是這套理論。而在實際操作中，也有好多不同的方式來實現。諸如雙蹤示波法[4]，聲音共鳴法[5]，串擾法[6]等。本文中本文用共振干涉法和相位比較法首先測定了波速在空氣中的傳播速率，并與理論值進行比較，之后進行偏差剖析，便于測量檢測方式的實用性。
1理論技巧
1.1共振干涉法（串擾法）
聲源S1發出的聲波經空氣傳播到位置S2，S2在接收S1的聲波訊號的同時反射部份聲波訊號，假如接收面與發射面嚴格平行，則入射波就在接收面上垂直反射，反射波與發射波會形成相干涉都會產生串擾。聲源S1發出聲波的震動等式為：A1=Acos（wt-2πx/λ），聲源S2反射的聲波的震動多項式為A2=Acos（wt-2πx/λ），二者互相疊加產生的串擾的震動等式為：A3=2Acos（2πx/λ）cos（wt），w為聲波的角頻度，t為聲波傳播經過的時間大學物理實驗 聲速的測定，λ為檢測聲波的波長，x為聲波經過的距離?？梢钥闯鰞闪胁ǒB加以后產生的串擾的硬度隨距離之間按cos（2πx/λ）規律變化。假如改變S2位置，即改變S1與S2之間的距離，則任何相鄰的振幅最大值的位置之間或則相鄰的振幅最小值的位置之間的距離均為λ/2。
1.2相位比較法
聲源S1發出聲波后才會在其周圍產生聲場，設聲源S1的震動多項式為A1=Acos（wt），并且在聲場中的任一點S2的自震動相位是隨時間而變化的，比如S2接收到的震動為A1=Acos（w（t-x/v）），但此點和聲源的震動相位差不隨時間變化。S1和S2震動的相位差為？駐φ=ωx/v。當x=nλ，合震動為一斜率為正的直線，當x=（2n+1）λ/2時，合震動為一斜率為負的直線，當x為其它值時，合成震動為形狀不同的橢圓形，聯通S2，當其合震動連續兩次為正斜率直線時，S2聯通的距離即為一個波長。
2數據處理
2.1聲波頻度的測定
任何相鄰的振幅最大值的位置之間波動過程中波速、波長和頻度之間存在著下述關系：v=λf，觀察接收波的電流幅度變化，在某一頻度點處電流幅度最大，此頻度即是f。改變S2的位置（即改變S1、S2之間的距離）直到示波器顯示的正弦波振幅達到最大值，再度記下此時頻度f的數據于表1。
2.2共振干涉法檢測聲波的波長
改變S1、S2之間的距離，當接收波形的振幅為最大值時，讀出S2的位置x1，沿同一方向繼續改變S1、S2之間的距離，當波形振幅再度為最大時，讀出S2的位置x2，為了提升檢測的確切性，共檢測五組數據，每組檢測6次，把每次檢測的數據列xi，記錄到表格2中。
2.4相位法檢測聲波的波長
對于相位法來說，首先觀察李薩如圖的變化規律。當觀察到波形為正斜率直線時，記下S2的位置x1，改變S2的位置，記下示波器出現正斜率直線時S2的位置x2。為減輕偏差，S2的檢測位置改變了6次。之后重新改變S2的起始位置，重復剛剛的步驟，一共檢測五組數據。把每一組檢測得到檢測列xi計入表格3中。
2.6結果剖析
在檢測時，偏差似乎難以清除，但我們可以通過多種方式降低偏差。第一種是多次重復檢測取平均值。在一組條件完全相同的重復實驗中，某些檢測值肯能會出現異常，如檢測值偏大或偏小，多次重復檢測可以使檢測值分布更平均，檢測結果更接近真值。在這個試驗中，每次實驗都重復測量5組數據。諸如串擾法檢測聲波的波長中，盡管單次檢測存在一定的偏差，聲波的波長結果分別是346.69m/s，344.08m/s，337.75m/s，342.59m/s，在這種結果中有的小于理論值，有的大于理論值，并且取平均值后就比較接近于理論值，多次重復檢測的方式可以減輕偏差的形成，提升檢測的確切度。第二種是借助逐差法處理數據。所謂逐差法，是把檢測數據中的因變量進行逐條相加或按次序分為兩組進行對應項相加，之后將所得差值作為因變量的多次檢測值進行數據處理的技巧。逐差法可以增強實驗數據的借助率，降低隨機偏差的影響，是化學實驗中處理數據常用的一種技巧。
逐差法是針對自變量等量變化，因變量也做等量變化時，所測得有序數據等間隔相加后取其逐差平均值得到的結果。其優點是充分借助了檢測數據大學物理實驗 聲速的測定，具有對數據取平均的療效，可及時發覺差錯或數據的分布規律，及時糾正或及時總結數據規律。這兒在估算聲波波長時我們用逐差法處理數據保持了多次檢測的優點，充分的借助了所有的檢測結果，盡可能的減少了偏差，增強了檢測的確切性。
3推論
首先由波速測定專用訊號源讀出聲波頻度，用共振干涉法和相位比較法求出波長。最后由v=λf分別得到聲波在空氣中的傳播速率，實驗值與理論值比較接近，說明這兩種方式檢測波速的可行性。
【參考文獻】
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