不同盐浓度溶液中声速的研究
实验者姓名： 张* 班级： A11轮机1班 学号： 110204101 联系方式1*********
指导老师： ***
摘要：采用了相位比较法，观察记录声源S1与距其X处的S2接收振动的合振动为正负斜率直线时声速测定仪所示值，运用一系列
公式
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计算得出不同密度食盐水溶液中的声速，经比较，得出结论：随着食盐水密度的增大，声音在其中的传播速度也随之增大。
关键词：不同密度溶液、声速
【引言】在学习过测量声音在空气中的传播速度后，联想到测量声音在不同密度不同溶液中的传播速度，于是我们选取了在生活中常见的食盐水来揭示其规律，旨在通过实验进一步加强仪器的运用能力，以及如何把想法联系到现实操作。
【实验原理】
声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波传播速度的测量在超声波测距、气体温度瞬间变化的测量等方面具有重大意义。
由波动理论得知，声波的传播速度V与声波频率F和波长λ之间的关系为 V=Fλ,所以只要测出声波的频率与波长就能求出声速。其中声速频率F可由产生声波的信号发生器的频率显示中读出，波长则采用相位比较法测量。
相位比较法：
声源S1发出声波后，在其周围形成声场，声场在介质中任一点的振动相位是随时间而变化的，但它和声源振动的相位差ΔΦ不随时间变化。
声源方程可写成
Y1=Y0COSwt
距声源X处S2接收到的振动为
Y2=Y’0COSw(t-x/v)
两处振动的相位差
ΔΦ=wx/v=2∏fx/v=2∏x/λ
若把两处示波分别输入X,Y，那么当X=Nλ,
ΔΦ=2N∏,
合振动为一斜率为负直线，如图，移动S1，S2移动的距为
ΔX=(N+1)λ/2;-Nλ=λ/2
则λ=2ΔX
【实验
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
设计】
实验仪器：SU5型声速测量组合仪、GOS-6021型双踪示波器，托盘天平
实验步骤：
1用天平秤取三份30g的食盐以及足够的水并记录
2将水倒入声速测量仪内，并将超声波调至谐振频率
3按下图连接好电路，将示波器的X-Y控制键按下，即可观察到椭圆波形。
4转动距离调节鼓轮，使S2稍靠拢S1，然后再慢慢移离S2，当示波器屏上出现斜率为正的直线时，由游标尺上读出S2的位置X.’。
5移动S2，依次记下示波器上斜率负正变化的直线出现时S2的对应位置X1’,X2’... X9’,用逐差发处理数据。
7再将一份一份的食盐分三次倒入测量仪内每份30g，充分搅拌后，重复4，5操作，得到4组数据。
8记下实验室的温度。
【实验数据】
数据记录1
温度T=17
项目
盐
浓度
比
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
f
v
0
50.42
70.40
90.44
111.60
131.22
151.14
171.98
191.48
211.02
232.12
36701
1479
0.008
17.02
37.04
58.66
78.90
97.56
117.98
138.56
159.50
181.82
202.06
36448
1489
0.016
80.62
100.90
120.72
140.50
160.10
182.90
203.02
224.04
244.42
264.72
36400
1503
0.023
112.10
132.14
152.34
171.70
192.56
214.52
235.72
256.52
276.18
297.22
36381
1511
数据处理过程
项目
盐
浓度
Epv
V
0
100.72
0.78
0.04
0.00031
12
0.77%
1479
0.008
102.15
1.6
0.041
0.00062
23
1.6%
1489
0.016
103.25
1.1
0.04
0.00043
16
1.1%
1503
0.023
103.86
0.91
0.042
0.00036
13.18
0.87%
1511
【实验结果与误差分析】
1、 实验结果
由上
表
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中数据用EXCEL作出溶液质量分数与声速的散点图如下：
由散点图可以明显地发现这不同质量分数的溶液中的声速与质量分数近似成线性关系, 由Excel生成该趋势线的直线方程为：Y=1430x+1478
即溶液中声速与浓度的等量关系为：Y=1430x+1478
2、误差分析
（１）在调节谐振频率时，由于电压不稳定致使信号源稳定性较差，开始时的谐振频率跟实验结束时的谐振频率有变化，变小，存在系统误差。
（２）由于声速测量仪存在一定的回程差，所以在调节时可能人为原因造成回程差，产生随机误差。
（３）由于温度低造成盐未充分溶解，从而使溶液初、末浓度不完全一致，从而对实验结果造成影响．
实验改进方法
由于时间及条件所限, 加上本文作者的经验不足, 本实验还存在一定的误差。为了进一步提高盐溶液声速的测量精度, 可以适当增加测量的次数以及浓度的跨度。此外, 还可以从以下几个方面对实验进行改进；选用其他氯化钠量较高的溶质，并在溶质溶解时用热毛巾捂着，加快其溶解速度，使溶质能够完全溶解。等溶解结束后，再进行降温冷却；选取更加纯净的蒸馏水代替纯净水。
附件1：C语言程序
#include "stdio.h"
#include
int main()
{int k,n;
float aver,plamd,Epv,ddx,dplamd,dy=0.015,
pv,dv,f,mm=0.00,sum=0.00,dm=0.00,a[10],b[5];
printf("Input your 11 numbers \n");
scanf("%f",&f);
for(n=0;n<10;n++)
{scanf("%f",&a[n]);
sum+=a[n];
}
aver=sum/10;
printf("the dicision by using differential methhod for X difference in turn(dxi)is:%7.2f\n",aver);
for(n=0,k=0;n<5;n++)
{b[k]=a[n+5]-a[n];
printf("%7.2f ",b[k]);
mm+=b[k];
k++;
}
mm/=5;
printf("\n");
printf("the dicision by using methhod of the average difference value for x is(pdx):%7.2f\n",mm);
ddx=sqrt(2)*dy;
for(n=0;n<5;n++)
dm+=(b[n]-mm)*(b[n]-mm);
ddx=dm/4+ddx*ddx;
ddx=sqrt(ddx);
printf("ddx is:%7.2f\n",ddx);
plamd=2*mm/5/1000;
printf("plamd is:%7.5f\n",plamd);
dplamd=2*ddx/5/1000;
printf("dplamd is:%7.5f\n",dplamd);
pv=f*plamd;
printf("pv is:%7.0f\n",pv);
dv=f*dplamd;
printf("dv is:%7.0f\n",dv);
Epv=100*dv/pv;
printf("Epv is:%7.2f%\n",Epv);
getch();
return 0;
}
附件2：实验处理结果
浓度比
C语言处理结果
0.000
0.008
0.016
0.023
实验总结
1、 在老师的指导及与同学的合作下使我学得更多的知识和意识到合作精神，再通过本次实验使我更加熟悉托盘天平进行SU5型声速测量组合仪、GOS-6021型双踪示波器，使我更加理解和使用逐差法。
2、 由散点图可知：盐溶液的声速与浓度大致成一次线性关系，其等量关系式为Y=1430x+1478，盐溶液中声速随着溶液浓度的增大而逐渐增大，浓度越大，声速越大，反之，浓度越小，声速越小。
综上，本文采用相位比较法测量溶液中的声速，该方法具有操作简便、数据较精确等优点。本实验采用SU5型声速测量组合仪、GOS-6021型双踪示波器，托盘天平进行, 以便进行液体的声速测量。由于本文作者水平有限, 文中还有很多不足之处, 恳请各位读者批评指正。
参考文献：大学物理实验教程
浙公网安备 33021202002483