海水中的波动现象与声速测量

声速测量的研究

摘要：实验中利用相位比较法测量声音在不同的介质，不同浓度的水中的波长，通过比较探究了在不同介质和不同浓度液体中声的传播速度是不同的。

关键词：液体声速，超声波，温度，频率，浓度，相位比较

1、 引言：声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。对超声波（频率超过2×104Hz的声波）传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。影响声音传播速度的有两个因素:介质和波源。而声音传播的介质密度越大声音传播的速度就越大。观察声音在液体中的传播波形，更好的测量了声音在液体中的传播速度，及分析了外界因素对声速的影响。

2、设计原理及方法：

2．1原理：

在波动过程中，波速v、波长λ和频率f之间存在下列关系：

vf

通过实验，测出波长λ和频率ƒ，就可求出声速v。

超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成。压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换，它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变电压作用下，压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩，产生机械振动而在空气中激发出超声波。超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化。

压电换能器系统有其固有的谐振频率0f，当输入电讯号的频率接进谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，等于谐振频率时，它的振幅最大，作为波源其辐射功率就最大；当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时，它作为接收器转换的电讯号最强，即灵敏度最高。

本实验中，压电换能器的谐振频率在35k～39kHz范围内，相应的超声波波长约为1cm。由于波长短，而发射器端面直径比波长大得多，因而定向发射性能好，离发射器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波。

第4

章 典型传播条件下的声场

第一讲 表面声道

4.1 邻近海面的水下点源声场

1、波动表示方法

设靠近海面点源S坐标

1,0z

，接收点P坐标



zyx,,

。将海面视为绝对软的平面，根据镜反射原

理引入一个虚源S

1坐标

1,0z

，则接收点P的声压可表示为：

21

2111

jkRjkR

e

Re

Rp



从射线声学的角度来讲，接收点是由直达声线和海面反射系数为-1的反射声线叠加。

注意：这里利用平面声波的反射系数代替球面波的反射系数，对于平整海面来说是正确的。

2、声压振幅随距离的变化

假设

1zR

、zR，则可得：













21

22

12

12

1

21

Rzz

Rz

RzzrR













21

22

12

12

2

21

Rzz

Rz

RzzrR接收点P声压：



RzjjkRRjkzzRjkzz

eee

Rzz

Rz

e

Rzz

Rz

Rp2

21

22

1

21

22

12

111

21

211































其中

122

1

Rjkz

e，则上式可写为：jkR

e

Rzz

kj

Rzz

k

Rzz

Rp



























11

21

sincos2则声压振幅近似为：











Rzz

k

Rp1

sin2

（1

）













211

Nkzz

R

N

，,2,1,0N，声压取极大值

NRp2



，且是单个点源的两倍。

直达声与海面反射声同相叠加。

（2）

Mkzz

R

M1

，,2,1M，声压取极小值

312

MRzz

p

。直达声与海面反射声反相叠加。

（3）近场菲涅耳（Fresnel）干涉区向远场夫朗和费（Fraunhofer）区过渡点：

1

02kzz

R

，当

12kzz

R，声压振幅为

212

Rzz

p

。右图给出声压振幅随距离的变化规律。

注意：近场菲涅耳区声压振幅起伏变化，远场夫朗

和费区声压振幅单调变化。另外，对于非均匀声速分

布，上述干涉现象仍然存在（见书中例子）。

3、传播损失

传播损失（

声速测定实验报告

声速测定实验报告

一、实验目的

1. 掌握声速测量的原理和方法；

2. 深入了解声音传播的基本原理；

3. 学习使用实验仪器和测量方法。

二、实验原理

声音是机械波，是由物质的振动引起的一种波动现象。声速是声音在单位时间内通过介质的距离，是声音传播速度的量度。声速与介质的密度和弹性有关，常用符号c表示。在本实验中，我们通过使用简单的声速测定装置来测量声音在空气中的传播速度。

实验装置由一个音叉、一根导轨、一个电磁铁和一个计时器组成。当电磁铁通电时，会产生一个垂直于导轨的磁场，使音叉在导轨上产生振动。同时，计时器开始计时。当振动的音叉经过导轨上的两个探针时，会触发电源，关闭电路。根据音叉的频率和振动的距离，可以计算声速。

三、实验步骤

1. 将实验装置摆放在平稳的桌面上；

2. 调整音叉的位置，使其能够在导轨上自由振动； 3. 将电磁铁插入电源，并接通电源开关；

4. 开始计时器，并观察音叉在导轨上的振动；

5. 当音叉经过导轨上的第一个探针时，计时器停止计时；

6. 记录振动的时间和距离；

7. 根据公式c=2d/T，计算声速c。

四、实验结果

根据实验数据和公式计算，得出声速c=340m/s。

五、实验讨论

根据实验结果，声音在空气中传播的速度为340m/s，与实际值相符合。这是因为空气的密度和弹性与声速的相关性质基本保持不变，所以得出的结果较为准确。

然而，由于实验中存在各种误差，如测量时间的误差、音叉振动的不规则性等，所以导致结果与理论值略有出入。此外，实验也未考虑到空气的温度和湿度等因素对声速的影响。因此，可以进一步改进实验方法以提高结果的准确度。

六、实验总结

通过本次实验，我们深入了解了声音的传播原理和声速的测量方法，学会了使用实验仪器进行声速测定。在实验过程中，我们发现了实验中可能存在的误差来源，并思考了如何提高实验结果的准确度。这对我们今后的科学研究和实验设计都是非常有益的经验。

声音传播速度每秒多少米

声音传播速度每秒340米，音速可写作340米/秒，5秒后声音可传播1700米。声的传播速度与介质的种类和温度有关。如在0℃的空气中，声波速度为331m/s，在15℃的空气中，声波速度为340m/s；声音在海水中的传播速度为1531m/s，而大理石中的传播速度为3810m/s。

什么是声音传播

声音传播是通过介质来传播的。由于物体的振动，才能产生声音，声音是物质振动产生的波动，需要靠介质传播才能听到。

声波在介质中传递的速度，称为声速（或音速），由于声音在不同介质中，传播的速度不同，因而产生了声音的反射与折射现象。声音的产生是由于物体的振动，声音是物质振动产生的波动，需要靠介质传播才能听到。

声音是如何传播的

声音是通过介质传播的。气体，液体，固体都可以充当介质。如果在真空中，即使有物体振动，也没办法将这种振动的能量传递出去，因此也不会发出声音。

声音的产生是由于物体的振动，声音是物质振动产生的波动，需要靠介质传播才能听到。发出声音的物体被称作“声源”，声源依靠自身的振动来产生声音。

声源振动会撞击和它接触的空气微粒，引起周围空气微粒振动。振动的空气微粒又引起周围的空气微粒振动，逐渐将这种振动能量传递下去。

于是空气微粒以声源为中心，疏密相间分布，并将这种疏密变化的振动传递到远方。当这种振动传递到我们的耳膜，我们就能听到声源发出的声音了。

声音在什么条件下可以传播

声音可以在空气、固体、液体中传播。声音不可以在真空中传播。声音是由物体振动产生的声波。是通过介质传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。

声音的传播需要物质，物理学中把这样的物质叫做介质，这个介质可以是空气、水、固体。当然在真空中，声音不能传播。声音在不同的介质中传播的速度也是不同的。

声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关，反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时，其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上，而反抗平衡力越大，声音就传播的越快。水的反抗平衡力要比空气的大，而铁的反抗平衡力又比水的大。