聲音水中傳播速度測定儀

李婷渟 陳家浩 廖厚華

聲音水中傳播速度測定儀由發聲器和接收器構成。其中發聲器由發令槍、手機、聲音收集器和防水播聲器組成;接收器由另一部手機、聲觸發開關電路組成。第一部手機收到空氣中的槍聲信號后觸發開關，電路開通，電子秒表開始計時;接收器的手機收到水中槍聲信號觸發開關，電路開通，秒表計時停止。得到聲音在水中傳播的時間，從而測出兩地距離，忽略手機傳輸時間，可以計算出聲音在水中的傳播速度。

◆作品的研究思路與科學原理

設：聲音在水中傳播的時間為t，電子秒表測定的時間為t1，兩手機無線電傳遞時間為t2，接收手機信號開關電路1延后及干簧繼電器1的響應時間為t3，水中接收到的聲音信號開關電路2延后及干簧繼電器2的響應時間為t4，即有：v=[st1+t2+t3-t4]。因為在t3和t4電路配置結構相同，所以t3=t4，則t3-t4=0。t2=[sc]（c為無線電在空氣中的傳播速度，接近光速），因為t1>t2，t2可以忽略不計，所以t=t1，v=[st]。

◆結構分析與制作過程

◆實驗結果

我們的實驗水域選擇在貴港市城區東湖。湖水面積大約550畝，水質清，水面寬，水中障礙物少，是理想的實驗水域。實驗獲取的數據和計算數據如下表：

◆結論

1. 我們設計兩個元件配置相同的干簧繼電器開關電路，使兩個開關電路延后時間、干簧繼電器響應時間一致，相互抵消。消除了儀器對測量時間的影響因素。

2. 這次我們做的聲音水中傳播速度測定儀的實驗裝置以及測試裝置的方法，比1827年，人類在日內瓦湖進行第一次聲音在水中傳播速度的測定實驗要好一些，也比一些書中用來觀察發令槍冒煙時按秒表開始計時，聽到水中槍聲再按停秒表，得出聲音傳播的時間的實驗方法好一些。優點在于提高了精確度，克服了人為的誤差。

3. 填補了實驗室測量聲音在水中的傳播速度的儀器的空白。

在實踐中我們也發現了一些問題，如現在我們制作出來的最終成品由于發聲器的功率不高，聲強小，聲音有效傳播距離受到限制。在同一水域中，實驗所取的有效實驗距離越遠，聲音在水中傳播速度的精確度越高。未來，我們將繼續對此進行研究，增大發聲器的功率，提高接收器靈敏度和抗水中其他聲音的干擾，以進一步提高“聲音水中傳播速度測定儀”的測量效果。

（本作品榮獲第35屆廣西青少年科技創新大賽中學生科技創新成果競賽一等獎 指導老師：張素添、曾克夫、蘇祖源）