声速的测量
视频请在每周撰写预习报告前观看。
第一次实验前视频(声速1.0):
b站【大学物理实验(下)声速测量1】 https://www.bilibili.com/video/BV1ng4y1p7Xk/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa
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解答视频(声速1.5)
将在第一次实验完成,写完相应实验分析后,在第二次实验课上面对面发送。 不要分享给其它同学!
第二次实验前视频(声速2.0)
注意⚠️第二次实验前观看!没必要提前看。
【大学物理实验(下)声速测量2】 https://www.bilibili.com/video/BV1mA41127q1/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa
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第三次实验前视频(声速3.0)
【大学物理实验(下)声速测量3】 https://www.bilibili.com/video/BV1gv4y1s7qe/?share_source=copy_web&vd_source=25260e7e3b69357310410618bc8a20aa
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实验的目的、意义和要求
- 学习声速的测量方法,并测量不同介质中的声速:气体(空气)、液体(水)、固体(有机玻璃棒)。
实验原理简述
- 什么是相位法?什么是共振法?什么是时差法?它们各有什么优缺点?
- 根据空气中声速与温度的关系,猜想一下水(或液体)中的声速与温度可能是什么关系?说明理由。
- 给定固体材料的尺寸,如何测量固体中的声速?
- 在不知道固体中声速的大致数值的情况下,固体材料的尺寸应如何设计?
实验前的思考
关于原理
- 什么是相位法?什么是共振法?什么是时差法?它们各有什么优缺点?
- 根据空气中声速与温度的关系,猜想一下水(或液体)中的声速与温度可能是什么关系?说明理由。
- 给定固体材料的尺寸,如何测量固体中的声速?
关于实验
- 为什么要测量谐振频率?
- 共振法中,极大值的振幅随换能器间距的增加如何改变?
- 如果标尺的零点不准,即换能器贴紧时读数不为零,对实验结果有何影响?
- 考虑电子线路的延时,对实验结果有何影响?
实验后的拓展思考
- 水中共振法和相位法的实验现象和你的预期有不一致吗?如何设计实验验证你的猜想?
- 如果只有单根固体棒,如何设计实验测量固体中的声速?
实验室可提供的主要器材
实验内容
补课期间安排:
- 第一次:用3种方法测量空气中的声速、选择一种方法,研究固体中的声速。
- 第二次:用3种方法测量水中的声速,并与空气中所观察到的实验现象作比较。
实验内容
- 用3种方法测量空气中的声速,并比较3种方法的特点。
- 用3种方法测量水中的声速,并与空气中所观察到的实验现象作比较。
- 选择一种方法,研究固体中的声速。
- (选做)若仅有一个圆柱形的固体样品,已知其中声速的大致数值,设计一种实验方法准确测量其声速值(相对不确定度小于3%)。
- (选做)水中的实验现象与什么有关,设计实验验证你的想法。
- (选做)研究水中声速与水温的关系。
实验中的思考
- 测量仪器上刻度尺的零点可能不准,这是否会影响声速的实验值?
- 时差法中,信号传播在电子线路的延时是否可以忽略?它是否会影响到声速的实验值?
- 如何进行实验数据的处理,才能得到较为准确的结果?
- 如何从示波器上得到稳定、明显的信号?
- 在示波器上观察到的波形如果有畸变,如何调节?
- 测量时,每种方法对位置的判断分别有多大的不确定度?
- 测量液体中的声速时,水槽的边界对实验结果有什么影响?水的液面高度对实验结果有什么影响?如何验证你的想法?
- *如何保持水槽中液体的温度近似不变?
实验报告的要求
- 简要叙述本实验的基本原理。
- 记录实验中出现的实验现象,对其进行分析、讨论。
- 实验数据的处理,及对结果的分析、讨论。
参考资料
- 沈元华、陆申龙主编,基础物理实验,北京:高等教育出版社,2003年
- 空气温度、湿度对理论声速的影响——朱鹤年,新概念基础物理实验讲义
- (以上图片资料来自网络)
关于直线拟合的不确定度
讨论区
13307110107提问:水中声速的理论值如何确定?咱们的水提供的八成是(应该就是)自来水,里面有很多离子,而且室温一定等于水温么?谢谢。理论值可以查资料得到;水中离子的影响有多大,可以进行分析;水在室温中平衡了很多天,可以认为室温与水温相等;根据水中声速与温度的关系,如果有温度差,影响有多少?