徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

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：

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