超声波声速测量实验的拓展

薛啸天，宋文韬，崔淦维，姚慧敏，朱云霞，高建平，罗锻斌

(华东理工大学 物理系，上海 200237)

声波是在弹性介质中传播的一种机械波。对于声波在弹性介质中传播时的声速、声压和声阻抗等物理量的测量是声学应用技术的重要内容，通过对这些声学量的测量可以获得与传播介质特性和状态有关的信息。其中对于声波波速(即声速)测定的应用尤为广泛，它涉及物理、化学、工程技术、医学等领域[1-5]。通过声速的测量可以研究固体介质的弹性模量，流体的密度[5]、成分，可以测量介质的温度[4]、压强、流速、比热容[2]，可以研究介质中能量的吸收和转移过程，可以进行声波定位、探伤[1]、显示、测距等。这些应用的关键都在于如何精确地测量声速。

由于超声波(频率高于20 kHz)具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点，同时为了避免周围音频信号对实验的干扰，因此对声速的测量常在超声波段进行。目前，在理工科大学物理实验课程中，超声波声速的测量实验是必做的一个实验内容[6-8]。通过声速测量实验，学生可以了解到超声波的产生与检测方法，同时掌握超声波声速测量的实验方法[9-11]。

目前常用的声速测量方法有两种[12-14]，一种是通过测量声波在弹性介质中传播特定距离L所需要的时间t，由v=L/t来计算声速；另一种是测量声波的频率f和波长的λ来计算声速，即v=λf。大学物理实验中，常采用后者进行声速测量[6-8]。而利用声波的频率f和波长的λ来计算声速的方法中，核心操作在于超声波波长的λ的测量，其实验方法可以分为共振干涉法和相位比较法。……