声速的测定(精)

1、实验十声速的测定（用共鸣管）实验目的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。实验器材共鸣管（附蓄水筒、连通管），不同频率的音叉三支，橡皮锤，支架。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

2、对应的接收面之间的距离为半波长。因此保持频率f入/2,就可以用v=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 入f计算声速。2 .共鸣管测声速rj-±t二參、蓄水简團 10- 1共鸣管是一直立的带有刻度的透明玻璃管，如图10-1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 入满足Ln =（2 n 1）（n= 1,2,）4此时将形成管口为波腹、水面为波节的驻波，声音最响，即产生共鸣。 设相邻两次共鸣空气柱的长度差为A L,则入=2 A L若声波频率（即声源

3、频率）为f,其波长入和波速v之间的关系是 2）代入上式得(10 1)(10 2)v=入f,将公式(10v= 2A Lf由此说明：在f已知的情况下，只要测出A L,便可求出声波在空气中的传播速度 改变不同频率的声源，可观测v是否变化。3 .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：fRTv =卩式中常数 R= 8.31Jmol-1 K-1，对于空气 卩=29kg mol-1,= 1.40,而 T = 273.15 +1 °将T=（ 2 7 3. 15 +1）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：(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为空气介质在0C时的声速。实验步骤（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。（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L1。反复测三次，求平均；L2、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。（三）列数据表格音叉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)数据处理要求根据（10 3）式分别求出三种不同音叉产生的声波在空气中的传播速度V与利用（10 4 ）式计算出的理论值比较，求出百分误差。验证声速与声源的频率