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1、实验二十六 声速的测定（用共鸣管）实验概述【实验目的及要求】1测定声波在空气中的传播速度。2验证声速与声源的频率无关。【实验器材】1.共鸣管（附蓄水筒、连通管）（西安教学仪器厂，编号20063500）2.不同频率的音叉两支（频率分别为512HZ和440HZ）3.橡皮锤，支架。4.蓄水管、连通器(篮球牌，家用燃气管9mm，揭西县兴顺塑料厂)【实验原理】1共振干涉法设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，经过空气的传播，到达接收器。如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，入射波与反射波相干涉形成驻波。反射面处为驻波的波节，声波的波腹。改变接收面与发射源之间的距离L，在一系列特定的距
2、离上，介质中出现稳定的共振现象，此时L等于半波长的整数倍，驻波的波腹达到最大；同时，在接收面上的波腹也相应达到极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次到达共振所对应的接收面之间的距离为半波长。因此保持频率f不变，通过测量两次相邻的接收信号达到极大值时接收面之间的距离/2，就可以用v=f计算声速。 共鸣管测声速共鸣管是一直立的带有刻度的透明玻璃管，如图101所示。移动蓄水筒可以使管中的水位升降，从而获得一定长度的空气柱。声波沿空气柱传播至水面发生反射，入射波与反射波在空气柱中干涉，调节空气柱的长度L，当其与波长满足 （n1,2,） （101）此时将形成管口为波腹、水面为波节的驻波，声音最
3、响，即产生共鸣。设相邻两次共鸣空气柱的长度差为L，则 而 =2L （102）若声波频率（即声源频率）为f，其波长和波速v之间的关系是v=f，将公式（102）代入上式得 v2Lf （103）由此说明：在f已知的情况下，只要测出L，便可求出声波在空气中的传播速度v。改变不同频率的声源，可观测v是否变化。声速与温度之间的关系声波在理想气体中的传播过程，可以认为是绝热过程，因此传播速度可以表示为： 式中常数R8.31Jmol-1K-1，对于空气29kgmol-1，1.40，而T273.15tC。将（15t）代入（t为摄氏温度）得到计算声波在空气中的传播速度的理论公式为：（104） 其中 v0=(273
4、.15R/)1/2=331.45m/s 为空气介质在C时的声速。【实验内容】【实验方案设计】（测量及调节方法）1. 清点仪器及主要用具2. 把音叉固定在距离管口四分之一高处，使音叉的振动方向与水面垂直，用橡皮锤来敲击音叉，随即缓慢降低水面高度，直到产生第一次共鸣（反复调节水位，待听到声音最响时），记下水面位置L1，反复测三次，求平均值3. 继续使水面降低，按步骤三测得第二，三次共鸣时的水面位置L2,L3.4. 用温度计测室温以验证于室温的关系【实验过程】应包括主要的实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等）(一)清点主要仪器共鸣管（附蓄水筒、连通管），不同频率的音叉三支，橡皮锤，支架
5、。(二)测量1如图10-1所示安装好仪器，并调节仪器竖直，并往蓄水筒注水，调节水面高度直到管内水面接近管口为止；2把音叉固定在距离管口约为管径四分之一高处，使音叉的振动方向与水面垂直，用橡皮锤来敲击音叉，随即缓慢下降管内水位，直到产生第一次共鸣（反复调节水位，待听到声音最响）时，记下水面的位置1。反复测三次，求平均； 3继续使管内水位下降，按实验步骤2测得第二、三次共鸣时水面的位置L2、L3、；4改用不同频率的音叉，重复上述步骤，验证声速与声源的频率无关。并记下室温及所用音叉的标称频率。5.列数据表格，进行数据处理。【数据表格】(画出数据表格，写明物理量和单位)音叉1（cm）123平均值1（4
6、40Hz）15.2314.1014.9014.742（512Hz）12.8012.8512.7012.78音叉L2(cm)123平均值f 1 (440HZ)55.5055.1255.7251.87f 2 (512HZ)51.1950.8049.3050.43音叉L3(cm)123平均值f 1 (440HZ)95.1294.1294.2694.50f 2 (512HZ)85.7284.0083.3084.34【数据处理及结果】频率为440HZ的音叉 L=51.87*10=37.13*(m) L=(cm)=2fL=2*440*37.12*10(cm)L=2*440*42.63*10(cm)()/2
7、=350.94(m/s)U(v)= 故V= 频率是为512HZ的音叉时 fL=2*512*37.65*10V=2fL=2*512*33.91*10U(v)=U(v)=【实验讨论】用共鸣法，共振干涉法（驻波法）和相位法测量声速都存在较大的读数上的误差。较精确测量声速是用声波时差法。它是将经脉冲调制的电信号加到发射换能器上，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器，所以可以用以下公式来求出声速在介质中传播速度V V=式中，L为声波传播的距离，t为声波传播的时间。 另外，在用共鸣法测声速时，读数上存在较大误差，应多次测量取平均值以减少误差.啪啪啪 http:/ Ld8UGl47Vv9W5
