沈 玥，周诗韵

(复旦大学 物理学系，上海 200433)

声速测量是大学物理实验的基本内容之一[1]，通常采用共振干涉法和相位比较法测量超声波的波长，乘以超声信号发生器的频率，即可计算得到超声波在特定介质中的声速. 该实验的基本原理为：发射换能器发出的声波与其在接收换能器上反射的声波相干叠加，当2个换能器间的距离等于半波长λ/2的整数倍时，形成驻波，接收换能器上声压波腹达到极大[2]. 当测量介质为空气时，增大接收器与发射器的距离，接收振幅的极大值单调减小，这表明需要考虑发射声波的波形、传播过程中的损耗以及换能器性能的影响[3-6]；当接收器与发射器非常接近时，原本相距λ/2的2次驻波共振极大值之间，出现振幅较小的“次极大”值. 这一现象产生的原因可能与信号源频率不纯导致“次频”共振[7-9]，声波在探头间多次反射[10-11]，以及换能器厚度带来的相位滞后[12]有关. 同样的方法可以用来测量水中的声速，例如研究声速与水溶液中介质浓度(如NaCl)的依赖关系[13]. 然而在水中，接收器的振幅及相位的变化规律与空气中不完全相同.

本文研究了水中声速测量实验中与原有模型不符的现象. 在介质为水的实验条件下，沿用空气中声波的多次反射模型[10-11]，同时考虑声波在水-空气界面处反射的影响，建立了水中声波的传播模型. 用Mathematica软件对模型进行数值模拟，并讨论了液面高度对模拟结果的影响. 模拟结果与实验结果相符.

1 实验……

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