在共振管中测定空气中的声速
实验目的
- 这个实验的目的是用音叉和一管水来计算声音在空气中的速度
- 独立变量管子里的空气高度
- 因变量=管内发生共振的气柱长度,l
- 控制变量:
- 水的温度
- 音叉的频率
设备清单
方法
在空气柱中测量声速的装置
- 设置好设备,把烧杯装满一半水
- 把管子放在烧杯里,这样水就会上升四分之一。管子在水中的一侧起着封闭的作用
- 把音叉放在管子开口的上方,用小锤子轻轻敲击
- 慢慢地把管子放入水中,松开夹子,直到声音的强度被放大
- 当听到回声(最大声音)时,用橡皮筋或记号笔标记水位。将此记录为l1
- 然后,进一步降低水,直到听到下一个共振点,并标记它。将此记录为l2
- 尽可能保持这种方式
结果分析
空气柱中的驻波被用来计算声波的波长
- 开管长度时应发生共振l等于λ/ 4,3λ/ 4和5λ/ 4
- 在声波的节点处,从叉子发出的管内声音的响度会很小
- 在声波的反调处声音最大
- 在l1波长是λ/ 4
- 在l2波长是3λ/ 4
l2- - - - - - L1= λ / 2
- 因此,声音的波长λ等于:
λ = 2(l2- - - - - - L1)
- 另一个价值λ还能从距离中发现什么l3.而且l2平均波长可以计算出来
- 由波动方程可知:
V = fλ
- 声波的速度,v,可以从频率的乘积中得到f音叉和波长的关系λ计算
实验评估
系统误差:
- 音叉每次都应敲击在管子上方的同一位置
- 音叉每次应该用同样的力度敲击
- 确保标记是一条细线,以获得更准确的水位读数
- 将管子慢慢地浸入水中,这样就不会错过声波的反调(最大的声音)
- 重复实验以记录更可靠的读数,因为声音最大的点是主观的
- 使用带刻度的谐振管将有助于解释测量管内气柱长度时的误差
安全注意事项
- 不要让音叉碰到管子,因为振动可能会使管子破裂
- 确保水是室温,不要太热或太冷
- 确保水附近没有电气设备,否则可能会损坏