第六届奎国高等学校物理实齄教学所讨套论文兽（下）
水中声速的测量
邢键，孙晶华
（哈尔滨ｘ－：，ｔｔ大学物理宴验教学中心，黑龙江哈尔滨１５０００ 摘要：将空气中声速测量实验进一步拓展至水中声速的蒯量，阐述７水中声速测量的 原理、实验仪器、测量方法置妾验姑果．将ＮａＣｌ溶于水中，制成不时浓度的盐水模拟海水，
参考文献：
【１】孙品华，梁艺军，关春颖等．大学物理实验教程【Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００９． 【２】ＱＩＡＯ Ｃｈｕｎｊｉｅ，ＷＡＮＧ
Ｙｕｅｋｅ，ＺＨＯＮＧ Ｘｉａｏｐｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｓｅａｗａｔｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃｈｉｒｐ
图３实验结果（ｆ＝３６．９６８ ｋＨｚ，室温ｔ＇＝２２．２＂Ｃ）
—－８９＿一
第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集（下）
实验结果表明，纯水中的声速为１４７８．２ｍ／ｓ，从图３可以看出水中声速随着ＮａＣＩ浓度的 增加而增加，与文献【４】中的数值相当。实验误差主要来源于数据资源不如在空气中测量的 充分。
实验用水。ｔ‰。
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可知，测出卢波的频率，与波长＾，即可由式（１８４）算山声述ｖ。 ２．１用驻波法测量海水声速 根据驻波方程。印
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（１）
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（２）
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式中，彳为声源振幅；∞为角频率；２ｎｘ，ｌ为由于波动传播到坐标ｘ处（，时刻）引起的位相 变化。 由波腹（或波节）条件可知，相邻两个波腹（或波节）问的距离为，１１２，当发射换能器 Ｓｌ和接收换能器Ｓ２间的距离￡恰好等于半波长的整数倍，即
３
实验结果
实验时，用电子天平称出等质量ＮａＣＩ，然后放入水槽中搅拌均匀，待ＮａＣＩ溶于水后，
进行测量。由于水中声速约为空气中的三倍，因此对于采用驻波法测量相邻两个波腹（或波 节）间的距离较大，而采用相位法测量某方向的直线状态连续出现两次则需移动接收换能器 ｓ２的距离更大，并且由于换能器支架距离有限，所以测量数据有限，应从第一次出现现象时， 就开始记录数据，以提高测量精度。
水中声速的测量
作者： 作者单位： 邢键， 孙晶华 哈尔滨工程大学 物理实验教学中心 黑龙江 哈尔滨 150001
本文链接：/Conference_7311668.aspx
４
结论
本文将大学物理实验中声速测量实验通过实验仪器的简单扩展，采用驻波法和相位法对
水中声速进行了测量。用不同浓度ＮａＣＩ溶液的模拟海水，测量不同浓度下的声速。拓展后 的声速测量实验，进一步拓宽了学生的视野，对于学生了解声纳技术的应用及研究现状、熟 悉声波在海水中传播的物理规律、掌握海水中声速的测量方法提供了坚实的基础。
Ｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ
Ｏｎ
Ｔｅｓｔ
ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌｕｍｅ ３：１２０３—１２０６，２００９．
【３】李奥华，王惠．超声波探伤【Ｍ】．北京：中国锅炉压力容器安全杂志社，２０００． 【４】４康崇，关春颖，黄宗军等．大学物理实验【Ｍ】．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２００７．
Ｈｊ方法。我校专业以船海为特色，理工类绝人多数专业都与船海相关，因此在大学物理实验 中开展声波在海水中传播特性的综合性实验，让大多数与船海专业相芙的学生在低年级就能 通过物理实验了解声纳技术的应埘及研究现状、熟悉声波在海水中传播的物理规律、掌握海
水中声速的测量方法将具有十分重要的意义。
１
实验装置 在原声述测最实验裟置的基础上，设计制作了与ＺＫＹ－ＳＳＡ型超声声速测定仪相配套的
半猡０黠汰戢０彩
△９＝０ ｚｘｇ＝丌／４ Ａ９＝丌／２ Ａ９＝３ ｎ／４ △尹；＂Ｉｔ Ａ尹＝５ ｎ／４ Ａ９＝３兀尼 ＡＰ－－７ ｎ／４
图２相位差不同时的李萨如图 当接收器和发射器的距离变化等于一个波长时，则发射与接收信号之间的相位差也正好 变化一个周期（即△妒＿２而，相同的图形就会出现。反之，当准确观测相位差变化一个周期时 接收器移动的距离，即可得出其对应声波的波长工，再根据声波的频率，即可求出声波的传 播速度。
对不同盐分的嗨水”中的声速进行了剥量．结果表明，随着海水盐度的增加，声速也增加．
关键词：声速；模拟海水，测量
中图分类号：０４－３３ 文献标识码：Ａ
声速的测量是＾学物理实验中一个重要的综台性实验【Ｉ】。实验的主要ｇｌ的是让学生通过
这个实验了解声波在空气中的传播速度及声速与气体状态参数之问的芙系．掌握示波器的使
Ｌ＝ｎ。２／２（，间，ｌ，２，３…）
（３）
时，声振幅为极大值。随着信号幅度的每一次周期性的变化，ＳＩ与Ｓ２间的距离三也随之改 变了３．／２，该距离改变值可由游标卡尺上读出。从而算出波长五，进而由式（１）与已测得的频 率厂算出声速＇，。 ２．２用相位法测量海水声速 当发射器与接收器之间距离为Ｌ时，在发射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信 号之间将有相位差ｔｐ＝２ｎ／＿．／２＝２ｎｎ＋Ａ｜Ｉｐ。 若将发射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信号分别接到示波器的Ｘ及Ｙ输入端， 则相互垂直的同频率正弦波干涉，其合成轨迹称为李萨如图，如图２所示。