測(cè)量氣體中的聲速

1、Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse蒁實(shí)驗(yàn)四測(cè)量氣體中的聲速莆蒞【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.2.薂測(cè)量室溫下空氣中的聲速，確定有效距離S。3.4.蕿測(cè)量二氧化碳中的聲速。5.6.螅測(cè)量氦氖中的聲速。7.8.肅比較在不同氣體中的聲速。薃蚈【實(shí)驗(yàn)原理】蒈在氣體中速度c有下列關(guān)系：cK裊（K：體積模量，：密度）莁因?yàn)槁暡ɡ飰簭?qiáng)的變化是絕熱的，體積模量為肀Kpk（p:壓強(qiáng)，k：絕熱指數(shù)）袈因此，對(duì)于聲速c，我們能說(shuō)cpk薆（）蒂對(duì)于理想氣體，有下列關(guān)系：膈kccpv（c、c：氣體熱容量）（）pv莇在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)量空氣中聲音脈沖的傳播速

2、度，因?yàn)槿核俸拖嗨偈且恢碌?，所以這就是聲速。聲音的脈沖是由揚(yáng)聲器的膜的搖晃產(chǎn)生的；這種運(yùn)動(dòng)引起空氣中壓強(qiáng)的變化。聲音脈沖是通過(guò)與揚(yáng)聲器一個(gè)指定距離的麥克風(fēng)接收記錄的。肂要測(cè)量聲速c，我們要測(cè)量揚(yáng)聲器產(chǎn)生脈沖與麥克風(fēng)記錄脈沖的時(shí)間差t。因?yàn)閾P(yáng)聲器產(chǎn)生脈沖的確切的原始點(diǎn)難以直接測(cè)得，所以要用兩次測(cè)量法，一次麥克風(fēng)放在S1點(diǎn)，另一次放在S2點(diǎn)。根據(jù)公式t薃css|ss|t|tt|1212（）薁通過(guò)這個(gè)公式我們能計(jì)算出有效的測(cè)量距離s，這個(gè)數(shù)值考慮了精確的開始和結(jié)束時(shí)間。螇sc.t（）螃在聲音速度儀中，通過(guò)塑料管實(shí)現(xiàn)的屏蔽測(cè)量裝置使外界因素的干擾降到最低。另外，這使我們能通過(guò)更換不同的氣體測(cè)量各氣體中

3、的聲速。芁蠆【實(shí)驗(yàn)裝置】膆聲音速度儀、揚(yáng)聲器、多功能麥克風(fēng)、光盤（測(cè)量與計(jì)算）變壓器（12V,3.5A）、直流1電源（約5V）、電池盒、基座（2個(gè)）、金屬直尺、電腦（DOS3.3或更高）、溫度感應(yīng)器（鎳鉻鎳）、有一個(gè)輸入端的數(shù)字溫度計(jì)、線圈、硅樹脂管（個(gè)）、調(diào)節(jié)閥門（1個(gè)）、二氧化碳、氦、氖壓縮罐（各1瓶）薃莂【儀器連接】1.2.螈在管蓋處的塞釘連接加熱器與塑料管，并將揚(yáng)聲器放在另一端使管密封。3.4.薅將麥克風(fēng)從蓋（a）中間的洞插進(jìn)去約1cm，并與塑料管成一直線，使之移動(dòng)時(shí)仍，與管保持平行。將麥克風(fēng)的波形打到方波處（如上圖所示）并打開。5.6.芃插上時(shí)間盒與溫度盒的電源，并將電路如上圖所示連

4、接；將電池正極連接到揚(yáng)聲器的黑孔上，負(fù)極經(jīng)過(guò)繼電器接揚(yáng)聲器的黃孔（如果接反了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際不符，因?yàn)殚_始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間換了）。蒄膀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】肅開啟CASSY的“MeasuringandEvaluating”，選擇“Stopclock”模塊，并用主菜單指向“Selecttime/edges”，進(jìn)入下面的設(shè)置，并按“Enter”確定：1.2.肄點(diǎn)擊“Measuretotaltimet”,這使軟件轉(zhuǎn)向“Measureedgetimedt”.3.4.芁“Selectedgetimerange”:“Timemeasurementinms”5.6.羋“Start/stopedges”螈“Star

5、tatE”螄“NegativeedgeatE”節(jié)“StopatE/F”,“NegativeedgeatF”.蟻a)b)膇在室溫下測(cè)量薄注意：為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精確，在每個(gè)傳播時(shí)間要重復(fù)多測(cè)幾次。肀在“Stopclock”板塊建立一個(gè)容易讀的實(shí)驗(yàn)記錄，定義位置參數(shù)，符號(hào)為S,單位cm。蝿按F1切換到測(cè)量屏面。薇按F1開始傳播時(shí)間為t1的實(shí)驗(yàn)，輸入麥克風(fēng)的位置作為參數(shù)，按結(jié)束實(shí)驗(yàn)來(lái)使揚(yáng)聲器重新啟動(dòng)。芅將麥克風(fēng)移到S2的位置，從金屬直尺上讀出s|ss|ss|1212膁按F1開始傳播時(shí)間為t2的實(shí)驗(yàn)，輸入?yún)?shù)，并按結(jié)束實(shí)驗(yàn)。袇保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。c)d)羆測(cè)量二氧化碳中的聲速羅注意：為避免因疏忽導(dǎo)致氣體泄漏，在

6、把閥門裝到壓縮罐前，將調(diào)節(jié)閥的閥輪（d）盡量向右旋轉(zhuǎn)。膂轉(zhuǎn)動(dòng)塑料管使軟管螺紋接套正好處于一垂直線上。芀將調(diào)節(jié)閥擰到裝二氧化碳的壓縮罐上。蒆（用硅樹脂管連接調(diào)節(jié)閥和塑料管的底部的軟管螺紋接套（b）這確保了幾乎徹底。的氣體交換，因?yàn)榱魅氲亩趸继娲藦捻敳寇浌苈菁y接套流出的更輕的空氣）螆將麥克風(fēng)的位置退回s1，按F1切換到測(cè)量的屏幕。羀通過(guò)測(cè)量在空氣中傳播時(shí)間t1，來(lái)確定麥克風(fēng)的位置。若不正確要再次調(diào)整。莈將二氧化碳裝入塑料管。小心地打開調(diào)節(jié)閥直到你能聽(tīng)到氣體從罐中流出。裊經(jīng)過(guò)一次試測(cè)后，往塑料管中裝更多地二氧化碳直到氣體基本被徹底更換。蒆按F1多次來(lái)測(cè)量傳播時(shí)間t。肁保存你的測(cè)量數(shù)據(jù)。e)f)

7、蟻估算氦、氖中地聲速薈注意：為避免因疏忽導(dǎo)致氣體泄漏，在把閥門裝到壓縮罐前，將調(diào)節(jié)閥的閥輪（d）盡量向右旋轉(zhuǎn)。羂將調(diào)節(jié)閥擰到裝氦的壓縮罐上。肅（用硅樹脂管連接調(diào)節(jié)閥和塑料管的頂部的軟管螺紋接套（c）這確保了幾乎徹底。的氣體交換，因?yàn)榱魅氲暮ぬ娲藦牡撞寇浌苈菁y接套流出的更重的空氣）衿將麥克風(fēng)的位置退回s1，通過(guò)測(cè)量在空氣中傳播時(shí)間t1，來(lái)確定麥克風(fēng)的位置。若不正確要再次調(diào)整。羈將氦裝入塑料管。小心地打開調(diào)節(jié)閥直到你能聽(tīng)到氣體從罐中流出。螃經(jīng)過(guò)一次試測(cè)后，往塑料管中裝更多地氦直到氣體基本被徹底更換。袀按F1多次來(lái)測(cè)量傳播時(shí)間t。羇保存你的測(cè)量數(shù)據(jù)。莇用氖做媒質(zhì)重復(fù)測(cè)量步驟。蒃【注意事項(xiàng)】1.2.

8、羈因?yàn)闅怏w罐是被壓縮的，所以要通過(guò)調(diào)節(jié)閥使用氣體；避免氣體罐直接接觸太陽(yáng)以及至于高于50oc的溫度；不要用壓力打開罐；只有當(dāng)罐徹底空了之后才能處理；罐嚴(yán)禁被重新使用。3.4.芀氣體的泄漏會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤，因此揚(yáng)聲器要緊緊地貼著塑料管。5.6.袆因?yàn)椴荒艽_保絕對(duì)密封，因此測(cè)量過(guò)程要快速，尤其是使用氦氖時(shí)。膃【測(cè)量結(jié)果示例】a)b)肅測(cè)量空氣中的聲速：蒈n：測(cè)量次數(shù)，s：麥克風(fēng)的位置，dt：傳播時(shí)間t芆表1羄n袀s(cm)螁dt(ms)蚅衿羃膅芇蒈袃莆薅123456789蚄荿肇螀羅蚇袀蝕袂40.040.040.040.040.020.020.020.020.0袁蒅袈莀螂蚆肆罿螞1.261.26

9、1.261.261.260.680.680.680.68肇10羅20.0蚃0.68螃c)d)葿測(cè)量氣體中的聲速蚈n：測(cè)量次數(shù)，dt：傳播時(shí)間t莃表2ndt(ms)薀GasCO21231.521.521.524512He34512Ne3451.521.520.530.530.530.530.531.131.131.131.131.131.260.68ms345m/s【數(shù)據(jù)處理】a)空氣中聲速的測(cè)量：求平均值：t1.26ms,t0.68ms，路徑差s0.20m，我們得到：12c0.20m將計(jì)算所得的聲速c及傳播時(shí)間t1代入公式（），我們得到有效路程s43.4cmb)二氧化碳中聲速的測(cè)量：求平均值：

10、tCO21.52ms，根據(jù)公式（）我們得到聲速：c(CO)286m/s2理論值：c(CO)258m/s0.42msocc)氦氖中聲速的測(cè)量：求平均值：t(He)0.53ms，t(Ne)1.13ms，根據(jù)公式（）我們能計(jì)算得到聲速c(He)819m/s,c(Ne)384m/s理論值：c(He)965m/s0.8msocc(Ne)435mm0.8ssoc系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果偏向空氣中的聲速是因?yàn)樗芰瞎苤袣埩粲锌諝?。d)比較測(cè)得的聲速表3：測(cè)量結(jié)果的總結(jié)及所用氣體的性質(zhì)Gaskkg/m3kgm3c(m/s)CO21.291.980.71286N(air)2NeHe1.401.641.631.250.900.180.891.052.36345384819圖3顯示聲速與被研究氣體的各自的1值的關(guān)系，圖中的直線根據(jù)公式（）在壓強(qiáng)p1013hPa，平均絕熱系數(shù)k1.4下算得?！窘Y(jié)論】在相同的壓強(qiáng)下，本實(shí)驗(yàn)是當(dāng)時(shí)的實(shí)際大氣壓，不同氣體中聲速的顯著差異本質(zhì)上是因?yàn)闅怏w的密度不同，絕熱指數(shù)的不同關(guān)系不大。理想氣體的密度越小，聲速越大。以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。,.Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;not