声速测量实验
徐州一中综合实践活动(研究性学习)记录表
课题题目: 声速测量实验 |
编号: |
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活动时间:2023. |
第 1 次 |
活动地点:徐州一中 |
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指导教师:彭文博 |
班级:高二(5)班 |
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参加活动成员: 组内: 王昌盛 温家权 刘墨染 李想 邓子稞 蒋喆 组外:无 |
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活动内容: 1)目的(解决什么问题): 声速测量 2)形式(小组讨论、试验、查阅资料、调查、实地测量): 小组讨论制定计划方案,分组行动进行采样与采访,并向前辈询问经验后综合提取概括成大体情况 3)过程: (a)制定方案: 1.用刻度尺测量吸管内空气柱的高度L为24.70cm。 2. 读出温度计此时的示数。 3. 打开iPad APP phyphox,打开其中的“声音频谱”功能。 4. 用嘴向管内吹气,持续一段时间后,关闭声音频谱测量,并读出峰值频率f0。 5. 读出此刻温度计示数。 6. 将测量结果进行计算,得出声速v。 4)结果(得到什么结论、解决哪些问题、是否完成预定目标和计划、出现的新问题) 结论: 通过实验个数据处理,粗略地得到了在26.5℃时测量的声速为352.49m/s。 思考: 通过这次对声速进行测量的居家实验,我们小组达到了实验的目的,理解了机械波的传播过程,驻波的形成。了解了空气柱振动发声的原理。掌握了多种使用 phyphox 测量声速的方法。并学会使用 origin 等软件进行数据处理。完成了对声速的初步测量。这是非常有意义和建设性的。经过自己的居家实验,我初步了解了一些有趣而实用的物理学知识。初步具有了探究型思维,并激发出了自己勇于尝试的实践精神和锲而不舍的研究精神。科学实验是有趣的,是有意义的,是充满活力的,是未来可期的。实践是检验真理的唯一标准,唯有通过不断的实验探索,才能得出最准确的答案。在高中乃至未来的大学生活,我们都将发扬实践精神,多多探索,精益求精,在学习中实践,在实践中学习。同时也希望我们所进行的实验能够越来越精确,越来越具有参考靠价值。最后,感谢在实验中对我们有过帮助的老师和同学。
记录者: 刘墨染 |
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注:1、由课题组长指派专人负责填写,备追踪课题研究过程时使用。
2、本表一式三份,交由年级处、指导教师、课题组长存档。
一.基本信息:姓名:王昌盛 温家权 刘墨染 李想 邓子稞 蒋喆
年级:高二
实验名称:声速测量实验
二.实验目的:1.理解机械波的传播过程,驻波的形成。
2.了解空气柱振动发声的原理。
3.掌握多种使用 phyphox 测量声速的方法。
4.学会使用 origin 等软件进行数据处理。
三.实验原理:声源在管口处发出声音后,声波会在管内向管底传播,并在圆管底部发生反射。 若在管底部装入水,则声波会在水面处发生反射。以管口处为坐标原点,沿管壁向管底的方向为 y 轴,即可得管内合声
X=X1+X2=2Acos(2Πy/λ)cosωt
由此可看出管内形成了驻波,且驻波在各点做同一频率的振动,这个频率就 是入射波频率,各点的振幅是位置 y 的余弦函数。当振幅为零时,波节位置为
y=(2n+1)λ/4,(n=0,1,2...)
同理,波腹位置为
Y=nλ/2
由此,相邻两个波节或波腹之间的距离为
λ/2
由于管底(或水)相对于空气为波密媒质,所以波在管底 处必为波节。而当波节位置满足
y=(2n+1)λ/4,(n=0,1,2...)
即可在管口附近听到共鸣音。由v = f 可知,管口出现共鸣音时,管长和频率之间须满足
L=(2n+1)v/4f,(n=0,1,2...)
即空气柱长度 L 一定时,出现共鸣现象的外界波频率条件
f = (2n + 1) v/4L=(2n + 1)f0,(n=0,1,2,…)
可得
f0=v/4L
我们把能发生共鸣现象时的最长波长(4L)时所对应的频 率f0称为基频,而3f0,5f0一类为泛频,由此,通过基频的测量值,代入f0=v/4L的公式,即可求出声速v。
四.实验仪器,装置及说明:塑料吸管一个(一端封口),30cm刻度尺一把,ipad(装有phyphox)一部,温度计一个
五.实验步骤:1.用刻度尺测量吸管内空气柱的高度L为24.70cm。
2. 读出温度计此时的示数。
3. 打开iPad APP phyphox,打开其中的“声音频谱”功能。
4. 用嘴向管内吹气,持续一段时间后,关闭声音频谱测量,
并读出峰值频率f0。
5. 读出此刻温度计示数。
6. 将测量结果进行计算,得出声速v。
注意事项:1.进行吹气时,找到技巧,形成稳定的音调后方可实验。
2.在 phyphox 中,“声音频谱”的“历史记录”界面下的频谱亮线具有一定的宽度,读取值不准确,只能进行初步判断。可通过“加速度频谱”下寻找峰值获得。
3.细管相比粗管容易吹出稳定音调。奶茶的吸管是一个很
好的选择,下端剪平。
六.原始数据:
序号 |
f0 |
初始温度T |
最终温度t |
平均温度 |
管长L |
1. |
343.75Hz |
25.1℃ |
25.3℃ |
25.2℃ |
0.247m |
2. |
367.19Hz |
27.5℃ |
27.9℃ |
27.7℃ |
0.247m |
3. |
359.38Hz |
26.6℃ |
26.6℃ |
26.6℃ |
0.247m |
七.数据处理与分析:由f0=v/4L进行计算。
v=f0×4L
①v1=343.75Hz×4×0.247m=339.63m/s(25.2℃)
②v2=367.19Hz×4×0.247m=362.78m/s(27.7℃)
③v3=359.38Hz×4×0.247m=355.07m/s(26.6℃)
不确定度:数值平均数:(339.63m/s+362.78m/s+355.07m/s)÷3
=352.49m/s
352.49m/s-339.63m/s=12.86m/s
不确定度=352.49±12.86(m/s)
由于实验中的气流不能保证一定平稳,phyphox无法保证精确的接收频率,再加上环境温度的影响,测量误差难以避免。
八.实验结果及讨论:通过实验个数据处理,粗略地得到了在26.5℃时测量的声速为352.49m/s。
九.附件:
测量结果图片。
注:实验原理一栏对南开大学物理研究营的课件及其实验PDF进行了部分参考。
十.学习反馈:通过这次对声速进行测量的居家实验,我们小组达到了实验的目的,理解了机械波的传播过程,驻波的形成。了解了空气柱振动发声的原理。掌握了多种使用 phyphox 测量声速的方法。并学会使用 origin 等软件进行数据处理。完成了对声速的初步测量。这是非常有意义和建设性的。经过自己的居家实验,我初步了解了一些有趣而实用的物理学知识。初步具有了探究型思维,并激发出了自己勇于尝试的实践精神和锲而不舍的研究精神。科学实验是有趣的,是有意义的,是充满活力的,是未来可期的。实践是检验真理的唯一标准,唯有通过不断的实验探索,才能得出最准确的答案。在高中乃至未来的大学生活,我们都将发扬实践精神,多多探索,精益求精,在学习中实践,在实践中学习。同时也希望我们所进行的实验能够越来越精确,越来越具有参考靠价值。最后,感谢在实验中对我们有过帮助的老师和同学。
徐州一中综合实践活动(研究性学习)课题研究成果报告
题目: 声速测量实验 | 编号: | ||||
课题组成员 | 组长:王昌盛 | 组员:王昌盛 温家权 刘墨染 李想 邓子稞 蒋喆 | |||
指导教师:彭文博 | 报告执笔人: 温家权 | 完成时间:85分钟 | |||
主导课程:物理 | 相关课程:数学 | ||||
(一)书面材料 | |||||
课题成果:通过实验个数据处理,粗略地得到了在26.5℃时测量的声速为352.49m/s。 |
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参考书目及资料: 实验原理一栏对南开大学物理研究营的课件及其实验PDF进行了部分参考。 |
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附录材料(要求提交原始记录)包括:活动记录表( )份 访谈表( )份 实验记录( )份调查表( )份 测量数据记录( )份 | |||||
(二)实物材料,如制作的图片,模型,照片,事物样本,音像资料等 编号: 名称: 制作者: 内容: 功能: | |||||
(三)演示课题成果所需要的条件,要求(如特别需要,请说明): |