声速的测定(用共鸣管)(精)

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入/2,就可以用v=入f计算声速。共鸣管测声速音叉±t5A/4鸣管图10-音叉±t5A/4鸣管图10-1-蓄水筒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,当其与波长久满足

L=(2n+1)(n—1,2,…)10L=(2n+1)(n—1,2,…)10－1)n4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AL,则AL=L-L=-n+1n2A=2AL若声波频率（即声源频率）为f，其波长入和波速v之间的关系是v=Af,将公式（10－2）代入上式得v=2ALf10－3)由此说明：在f已知的情况下，只要测出4L,便可求出声波在空气中的传播速度v。10－3)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273.15=岭計+273.1510－4)式中常数R=8.31J・mol-i・K-i,对于空气"=29kg・moH,Y=1.40，而T=273.15+t°C。将T=（273.15273.15=岭計+273.1510－4)其中v0=（273.15yR/p）"2=331.45m/s为空气介质在00C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；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L］。反复测三次，求平均；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、…；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

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、、、「,123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无关思考讨