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1、實(shí)驗(yàn)十聲速的測(cè)定(用共鳴管)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定聲波在空氣中的傳播速度。 2.驗(yàn)證聲速與聲源的頻率無關(guān)。實(shí)驗(yàn)器材共鳴管(附蓄水筒、連通管),不同頻率的音叉三支,橡皮錘,支架。實(shí)驗(yàn)原理1.共振干涉法設(shè)有一從發(fā)射源發(fā)出的一定頻率的平面聲波,經(jīng)過空氣的傳播,到達(dá)接收器。如 果接收面與發(fā)射面嚴(yán)格平行,入射波即在接收面上垂直反射,入射波與反射波相干涉形 成駐波。反射面處為駐波的波節(jié),聲波的波腹。改變接收面與發(fā)射源之間的距離L,在一系列特定的距離上,介質(zhì)中出現(xiàn)穩(wěn)定的共振現(xiàn)象,此時(shí)L等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍,駐波的波腹達(dá)到最大;同時(shí),在接收面上的波腹也相應(yīng)達(dá)到極大值。不難看出,在移動(dòng)接收 器的過程中,相鄰兩次到達(dá)共振所
2、對(duì)應(yīng)的接收面之間的距離為半波長(zhǎng)。因此保持頻率f入/2,就可以用v=不變,通過測(cè)量?jī)纱蜗噜彽慕邮招盘?hào)達(dá)到極大值時(shí)接收面之間的距離 入f計(jì)算聲速。2 .共鳴管測(cè)聲速rj-±t二參、蓄水簡(jiǎn)團(tuán) 10- 1共鳴管是一直立的帶有刻度的透明玻璃管,如圖10-1所示。移動(dòng)蓄水筒可以使管中的水位升降,從而獲得一定長(zhǎng)度的空氣柱。聲波沿空氣柱傳播至水面發(fā)生反射,入射 波與反射波在空氣柱中干涉,調(diào)節(jié)空氣柱的長(zhǎng)度L,當(dāng)其與波長(zhǎng) 入滿足Ln =(2 n 1)(n= 1,2,)4此時(shí)將形成管口為波腹、水面為波節(jié)的駐波,聲音最響,即產(chǎn)生共鳴。 設(shè)相鄰兩次共鳴空氣柱的長(zhǎng)度差為A L,則入=2 A L若聲波頻率(即聲源
3、頻率)為f,其波長(zhǎng)入和波速v之間的關(guān)系是 2)代入上式得(10 1)(10 2)v=入f,將公式(10v= 2A Lf由此說明:在f已知的情況下,只要測(cè)出A L,便可求出聲波在空氣中的傳播速度 改變不同頻率的聲源,可觀測(cè)v是否變化。3 .聲速與溫度之間的關(guān)系聲波在理想氣體中的傳播過程,可以認(rèn)為是絕熱過程,因此傳播速度可以表示為:fRTv =卩式中常數(shù) R= 8.31Jmol-1 K-1,對(duì)于空氣 卩=29kg mol-1,= 1.40,而 T = 273.15 +1 °將T=( 2 7 3. 15 +1)代入(t為攝氏溫度)得到計(jì)算聲波在空氣中的傳播速度 的理論公式為:(10 3)V
4、。(10 4)R273.15 t = 27315 R 1 . t=v° 1 t卩 V 273.15 V 273.151/2 0其中 v0=(273.15 Y R/卩)=331.45m/s為空氣介質(zhì)在0C時(shí)的聲速。實(shí)驗(yàn)步驟(一)清點(diǎn)主要儀器共鳴管(附蓄水筒、連通管),不同頻率的音叉三支,橡皮錘,支架。(二)測(cè)量1如圖10-1所示安裝好儀器,并調(diào)節(jié)儀器豎直,并往蓄水筒注水,調(diào)節(jié)水面高度 直到管內(nèi)水面接近管口為止;2把音叉固定在距離管口約為管徑四分之一高處,使音叉的振動(dòng)方向與水面垂直, 用橡皮錘來敲擊音叉,隨即緩慢下降管內(nèi)水位,直到產(chǎn)生第一次共鳴(反復(fù)調(diào)節(jié)水位, 待聽到聲音最響)時(shí),記下水面的位置L1。反復(fù)測(cè)三次,求平均;L2、3繼續(xù)使管內(nèi)水位下降,按實(shí)驗(yàn)步驟2測(cè)得第二、三次共鳴時(shí)水面的位置L3、;4 .改用不同頻率的音叉,重復(fù)上述步驟,驗(yàn)證聲速與聲源的頻率無關(guān)。并記下室 溫及所用音叉的標(biāo)稱頻率。(三)列數(shù)據(jù)表格音叉L i (m)L 2 ( m)L 3 (m)V( m/s)123平均123平均123平均f1 ( Hz)f2 ( Hz)f 3 ( Hz)數(shù)據(jù)處理要求根據(jù)(10 3)式分別求出三種不同音叉產(chǎn)生的聲波在空氣中的傳播速度V與利用(10 4 )式計(jì)算出的理論值比較,求出百分誤差。驗(yàn)證聲速與聲源的頻率
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