声音的速度
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目的

该实验旨在测量空气中声音的速度。 该实验要求我们测量声脉冲行进给定距离所需的时间。 为了准确地推断出声速,我们将绘制行进距离与所用时间的关系图,最后得到斜率。

理论

声音是通过压力变化传播的波。 产生声音的物体将推动空气,导致其前方的压力增加。 该循环将在波浪中创建高低区域的运动,从而产生声音。

为了确定物体的速度,将其位置测量为时间的函数。 保持速度恒定,物体的位置将始终线性变化将随时间增加。 从关系

速度=行驶距离/经过的时间

我们获得

x=Vt+xo

其中,

x0 =对象的初始位置。

从上面的线性方程式我们可以看出,绘制的图形的斜率将给出物体的速度。

声音在空气中的运动取决于传播空气的密度和温度。 使用20Hz频率的声音,可以从等式计算温度依赖性

其中,

T =以度为单位的温度,

理论上,在正常大气压下,50%相对湿度声音以345.25 m / s的平均速度移动。 为了能够进行实验,我们测量了行进给定距离所花费的时间。

装置和程序

Lucite管:配有两个扬声器,其中一个扬声器安装在管的末端,而另一个扬声器可在管内移动。 可以使用用于校准管内部的公制带测量两个扬声器之间的距离。 第一个扬声器是发射器,第二个是声音脉冲的探测器。

电脉冲发生器:将提供电压脉冲,以产生以恒定时间间隔传输的声音。 施加电压和接收扬声器处的脉冲出现之间的时间将等于声音脉冲在两个扬声器之间传播所花费的时间。

示波器:电子束可用于测量水平扫描时的各种速度。 电子束水平运动开始和垂直偏转开始之间的时间等于两个扬声器之间声音脉冲的行进时间。

程序

  • 移动第二个扬声器,直到示波器屏幕上显示的电压轨迹的第一个大尖峰峰值与对应于时间t的0.5 ms垂直线一致,等于0.5 ms。 测量并记录第二个扬声器的位置x,该表由两列组成,一列表示时间t,另一列表示位置x。
  • 对于与示波器屏幕上其他垂直线对应的t [1,1,1.5,2和2.5 ms]的其他值,重复上述步骤3。 继续使用表1来获取此数据。
  • 绘制x(cm)对t(ms)的图表。 在课堂上,您使用Excel绘制此图形。
  • 由于声速是恒定的,x与t的曲线图应该是直线。 使用二维统计,线性回归,vexp。

数据

时间t(ms)位置X(cm)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

计算和分析

曲线的斜率=(Δy)/Δx

VEXP = 34.43543 cm / ms

拦截= 4.108

线性相关系数2 = 0.999883

Sy = 0.390355

S = 0.186625

S截距 = 0.363401

图表

常见问题

  • 直线表示在整个传播过程中声速是均匀的。
  • 得到的图形将是曲线,因为加速度将是非零因此不断变化。
  • 距离t = 0.5 ms
  • 距离=速度x时间

    = 34.43543 cm / ms x 0.5

    = 17.2177厘米

  • 光线行进的距离
  • 距离=速度(c)x时间

    =(3.00 x 108 m / s。)x(0.5 x 10-3)

    = 150000 x 1609.34-1

    = 93.2059里程

    • a)线性相关系数R2的接近程度表明两个变量是线性相关的。
    • b)在每个时间间隔内获得脉冲移动的距离。

总结

最后,从实验中可以明显看出,所获得的值接近理论值。 还可以合理地推断出参数时间和距离是线性相关的。

压住他
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