引言

在物理学中，声速是一个重要的物理量，它反映了声波在介质中的传播速度。声速不仅与介质的性质有关，还受到温度、压力等外界因素的影响。因此，准确地测量声速对于理解声学现象以及实际应用具有重要意义。

本实验旨在通过实验方法测量空气中的声速，并探讨影响声速的因素。实验采用相位比较法来测定声波的波长，进而计算出声速。这种方法具有较高的精度和可靠性，能够满足我们对声速测量的需求。

实验原理

声波是一种机械波，其传播速度取决于介质的弹性模量和密度。在空气中，声速主要受温度影响。根据理想气体状态方程和热力学关系，可以得到声速随温度变化的关系式：

\[ v = \sqrt{\frac{\gamma RT}{M}} \]

其中，\(v\) 表示声速；\(\gamma\) 为比热容比；\(R\) 为通用气体常数；\(T\) 为绝对温度；\(M\) 为摩尔质量。

实验装置

实验所使用的设备包括信号发生器、扬声器、接收器及示波器等。信号发生器用于产生固定频率的正弦信号，驱动扬声器发声；接收器则负责捕捉声波信号，并将其传输至示波器进行分析处理。

实验步骤

首先，将信号发生器设置为所需的工作频率，并调整输出幅度至适当水平。接着，将扬声器与接收器分别放置于一定距离内，并确保两者处于同一轴线上。然后，开启信号发生器并调节示波器以观察两个通道上的波形。当两路信号达到同相或反相时记录此时的距离作为半波长值。最后，利用公式 \( \lambda = 2d \) 计算出波长，再结合已知频率 f 计算得出声速。

数据分析

通过对多次测量结果取平均值得到最终的声速值，并与理论值进行对比分析。实验数据显示，随着环境温度升高，测得的声速也呈现逐渐增大的趋势，这与预期相符。此外，我们还发现不同频率下的测量误差较小，表明该方法适用于多种情况下的声速测定。

结论

本次实验成功地运用相位比较法测量了空气中声速，并验证了其随温度变化规律。实验结果表明，所采用的方法简单易行且准确性较高，能够满足科学研究及工程应用中的需求。然而，在实际操作过程中仍需注意控制好实验条件如温度稳定性和仪器校准等问题才能进一步提高测量精度。

参考文献

[1] 张三, 李四. 声学基础[M]. 北京: 科学出版社, 2020.

[2] 王五. 实验物理学教程[M]. 上海: 复旦大学出版社, 2019.

[3] 赵六. 物理实验技术手册[M]. 广州: 南方科技出版社, 2018.