声速测量 不确定度的计算模板

声速测量-不确定度的计算模板声速测量-不确定度的计算模板

一、实验目的本实验旨在通过测量声速来了解其在不同介质和温度下的变化，掌握不确定度的计算方法，提高实验技能和数据处理能力

二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小与介质的性质（如密度、弹性等）和温度有关在实验室中，常用共振干涉法来测量声速该方法利用声波在空气柱中的共振现象，通过测量共振频率和空气柱的长度来计算声速

三、实验步骤

1.搭建实验装置，包括信号发生器、示波器、共振管、麦克风等

2.将信号发生器与共振管相连，调整信号发生器的频率和幅度，使共振管发生共振

3.用示波器观察共振信号的波形，记录共振频率f

4.用钢尺测量共振管的长度L,记录数据

5.改变实验条件（如更换共振管、改变温度等），重复步骤2-4,获得多组数据

6.根据实验数据计算声速v,并计算不确定度

四、不确定度的计算不确定度是指实验结果的可信度或精度，表示实验结果的可靠程度不确定度的计算是实验数据处理的重要环节在本实验中，不确定度主要来源于测量误差和仪器误差下面是不确定度的计算模板

1.测量误差的不确定度计算

（1）长度L的测量不确定度ALA L=

0.01mm（钢尺的最小分度值）2频率f的测量不确定度Af△f=1Hz示波器的最小分度值

2.仪器误差的不确定度计算1信号发生器的误差A-gen△f_gen=

0.1%X f信号发生器的频率误差2示波器的误差A f_scopeA f_scope=

0.5%X f示波器的频率误差

3.合成不确定度的计算1相对合成不确定度ur v的计算ur v=V[A L/L2+A f/f2,+△f_gen/f2+A f_scope/f2]2扩展不确定度U的计算取k=2,置信水平为95%U=k Xurv Xv

五、实验结果与分析表1不同条件下的声速测量数据示例温度共振管长度声速V共振频率f Hz不确定度U m/s℃L mm/s号

20345.

60.

5000345.

61.

725349.

20.

5000349.

21.

730352.

80.

5000352.

81.8••••••••••••・♦♦••根据实验数据计算出声速v和不确定度U,分析温度对声速的影响可以看出，随着温度的升高，声速逐渐增大这是因为温度升高时，介质的分子运动加剧，分子间的相互作用力减弱，导致声速增大通过不确定度的计算，可以了解实验结果的可靠程度，为实际应用提供参考。