食盐水浓度变化对声速的影响

食盐水浓度变化对声速的影响实验者：黄晓斌同组实验者：梁华委指导老师：夏雪琴

班级：C09储运（2）班 学号：091317214学号091317215摘要：液体分子的运动是在各自的平衡位置附近振动，但由于液体的流动性，平衡位置可以移动，而不是固定不变的。由于分子间结合得也很紧密，振动比较容易从一个分子传递给另一个分子，这就使声音在液体中的速度较大，传播得较快。因此，水中含盐量的多少对声速也有影响。关键词：浓度声速时差法1引言声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。相信大家一定了解声波在不同的介质中传播的速度是不同的，即V固＞v液＞v气。有大量实验表明，在同一种介质中温度的变化也会对声速产生影响。在空气中温度每上升一摄氏度声速就加快0.61m/s，而在液体中更明显温度每上升一摄氏度声速加快了4.6m/s。因此，我们容易提出这样的疑问，到底液体浓度变化是否会对声速产生影响呢？如果会，究竟又是怎样影响的呢？借助SV5型声速测量组合仪和GOS-6021型双踪示波器，运用较精确的时差法自己来解决这两个问题。实验原理时差法是较精确测量声速的方法。它是将脉冲波调制信号加到发射换能器上，声波在介质中传播，经过t时间后，到达距离L处的接收换能器，由声速测试信号源时间显示窗口直接读出两种换能器脉冲波形的延迟时间t,就可以用以下公式求出声波在介质中的传播速度：V=L/t实验方法及结果3.1实验方法（1） 食盐水的制备利用天平、烧杯、玻璃棒等仪器，再根据公式浓度=溶质质量/溶液质量来制备3.5%、6.5%、11%浓度的食盐水。（2） 声速测量（时差法）a、按图3-1连接好电路，其中信号源的“发射换能器”接口S1连接到声速测量仪接线盒“液体”的“发射”输入端；信号源的“发射波形”接口接“CHl（Yl）”输入端，以便观察发射波形；作正式测量时，接线盒的“液体（空气）”的“接收”输出端接到双踪示波器的“CH2（Y2）”输入端。图3-lb、双踪示波器的“ATO/NML”自动/一般触发模式选择按键设置在“ATO”自动工作方式，“SOURCE”触发信号源选择按键设置在“VERT”工作方式，“COUPLING”触发耦合选择按键设置在“AC”交流耦合状态，“SLOP”触发极性（斜率）选择按键设置在“f”上升沿触发方式。c、 接通电源后，信号源自动工作在“连续波”方式；信号源的“声速传播介质”键设置在“空气”位置。d、 观察发射波形时，信号源的“发射波形”接口接在“CHl（Yl）”输入端，按下示波器的CH1开关并关闭CH2开关，调节“TIME/DIV”扫描时间偏转因数调节旋钮至适当位置，即可观察到发射波形的正弦波形；调节信号源的“发射强度”旋钮，使输出电压为10~15v。e、 谐振频率调整：把接线盒的“液体（空气）”的“接收”输端接到“CH2（Y2）”输入端，为了得到比较清晰的接收波形，应将外加的驱动信号频率调节到发射换能器S1谐振频率点处。调整方法是将两声能转换探头靠近，按下示波器的CH2开关关闭示波器的CH1开关，微调信号源的输出频率，当示波器显示接收正弦波形幅度达到最大时，记下此时信号源显示的频率（约在37kHz左右），即为谐振频率f。注意：如果信号发生器显示的频率不太稳定，要预热一段时间后再进行处理。f、按图3-2连接电路，双踪示波器的“ATO/NML”设置在“ATO”，“SOURCE”设置在“VERT”工作方式，“COUPLING”设置在“AC”交流耦合状态，“SLOPE”设置在“f”上升沿触发方式。信号源的“声速测试方式”设置到“脉冲波”方式。图3-2h、 预先在测试槽中注入盐水，分三次实验，分别加入浓度为3.5%、6.5%、11%的食盐水，直到把换能器完全浸没，但不能超过液面线，然后在信号源面板上的“声速传播介质”键切换至“液体”位置。测试前将S1和S2之间的距离调整到一定距离（＞=80mm），再调节信号源的“接收放大”旋钮（只在脉冲波方式下有作用）使显示器上的接收波信号幅度（峰-峰值）在350~400mv左右，使定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值Li-1和显示时间值ti-1（时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出）。移动S2,同时调节“接收放大”旋钮使接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值Li和时间值ti,则声速为V=（Li-Li-1）/（ti-ti-1）ii-1ii-1注意：（1）数显尺的单位要转换到mm档（2）S2向外移动时要避免回程差i、 记下水温t

3.2数据记录1．基本数据食盐水温度：t=21.9±0.5°C谐振频率：f=36.9813kHz2．实验数据（如下表3-1）表3-1浓度3.5%6.5%11%测量次数121211Li(mm)85.2698.8486.84100.5691.20103.56ti(us)849384918694△L(mm)13.5813.7212.36△t(us)998△△L(mm)0.0150.0150.015△△t(us)0.50.50.5V二—(m/s)At1508.891524.451545.00V=V±&(m/s)1508.89±83.841524.45±84.711545.00±96.58AVEv二 x100%V5.6%5.6%6.3%3.3数据处理（1）声速计算A&={△、2=0.015mm 同理.A=0.5卩sAL=1508.89AtV=AL=1545.0011% At3.5%V=AL=1524.456.5% At(A 1AL3.5%2+(A1A13.5%2VAL丿VAt丿『A1VAL丿2+(A1A16.5%VAt丿22AL11%At11%VAt丿2AV3.5%AV6.5%xV=83.843.5%xV=84.716.5%AV丿XV=96.5811%V=V土AV3.5%3.5% 3.5%V=V土AV6.5%6.5% 6.5%V=V土AV二11%11%11%11%2）相对偏差计算=1508.89土83.84mZ=1524.45土84.711545.00土96.58AV3.5%V3.5%E=V6.5%3.5%AV6.5%x100%=5.6%x100%=5.6%E=V11%6.5%AV11%x100%=6.3%3.4实验结果由实验数据计算结果得出在219C的水温中食盐水中的声速大致在1450〜1550m/s之间，这与我们熟知的海水中声速1500m/s相吻合，并且不同的食盐水浓度确实对声速有一定影响，我们可通过EXCEL表格绘得如下图3-2图3-2速的方法，但是在最终结果中还是存在一定的偏差。4结束语本实验的原理是通过运用SV5型声速测量组合仪和GOS-6021型双踪示波器结合时差法来进行测量声速。但是在实验结果中发现它的精确度并没有测空气中声速时那么高。经过大量考证了解到，这跟食盐水浓度的配置时食盐是否溶解充分，配置的精度高低有关。此外，由于液体具有波动性外界振动和声音传播也带来一定的误差。因此在今后实验时我们可以做如下改进：（1）配置食盐水时用玻棒充分搅拌直至食盐完全溶解，并提高食盐水浓度的精度；（2）实验时要在绝对安静的环境下进行，实验仪器轻拿轻放；（3）示波器需要预热一段时间才能开始工作，以免由于不稳定性带来误差。在生活中我们会发现很多奇妙的问题，有心的我们可以通过现有的仪器和方法自己探究问题解决问题。对于尚未被发现的问题，我们可以开动脑筋，大胆创新，勇于实践，积极地通过自己的力量解决问题，说不定我们就会成为未来