聲速的測定(用共鳴管)(精)

實驗十聲速的測定（用共鳴管）實驗?zāi)康?．測定聲波在空氣中的傳播速度。2．驗證聲速與聲源的頻率無關(guān)。實驗器材共鳴管（附蓄水筒、連通管），不同頻率的音叉三支，橡皮錘，支架。實驗原理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，到達接收器。如果接收面與發(fā)射面嚴格平行，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L等于半波長的整數(shù)倍，駐波的波腹達到最大；同時，在接收面上的波腹也相應(yīng)達到極大值。不難看出，在移動接收器的過程中，相鄰兩次到達共振所對應(yīng)的接收面之間的距離為半波長。因此保持頻率f不變，通過測量兩次相鄰的接收信號達到極大值時接收面之間的距離入/2,就可以用v=入f計算聲速。共鳴管測聲速音叉±t5A/4鳴管圖10-音叉±t5A/4鳴管圖10-1-蓄水筒共鳴管是一直立的帶有刻度的透明玻璃管，如圖10－1所示。移動蓄水筒可以使管中的水位升降，從而獲得一定長度的空氣柱。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)空氣柱的長度L,當其與波長久滿足

L=(2n+1)(n—1,2,…)10L=(2n+1)(n—1,2,…)10－1)n4此時將形成管口為波腹、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度差為AL,則AL=L-L=-n+1n2A=2AL若聲波頻率（即聲源頻率）為f，其波長入和波速v之間的關(guān)系是v=Af,將公式（10－2）代入上式得v=2ALf10－3)由此說明：在f已知的情況下，只要測出4L,便可求出聲波在空氣中的傳播速度v。10－3)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，可以認為是絕熱過程，因此傳播速度可以表示為273.15=嶺計+273.1510－4)式中常數(shù)R=8.31J?mol-i?K-i,對于空氣"=29kg?moH,Y=1.40，而T=273.15+t°C。將T=（273.15273.15=嶺計+273.1510－4)其中v0=（273.15yR/p）"2=331.45m/s為空氣介質(zhì)在00C時的聲速。實驗步驟（一）清點主要儀器共鳴管（附蓄水筒、連通管），不同頻率的音叉三支，橡皮錘，支架。（二）測量如圖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；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，記下水面的位置L］。反復(fù)測三次，求平均；繼續(xù)使管內(nèi)水位下降，按實驗步驟2測得第二、三…次共鳴時水面的位置L2、L3、…；改用不同頻率的音叉，重復(fù)上述步驟，驗證聲速與聲源的頻率無關(guān)。并記下室溫及所用音叉的標稱頻率。（三）列數(shù)據(jù)表格

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、、、「,123與利用（10—4）式計算出的理論值比較，求出百分誤差。驗證聲速與聲源的頻率無關(guān)思考討