宅家物理实验-声速测量.pdf

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1、宅在物理实验：声速测量【实验目的】1．了解一些声速测量的方法；2．用脉冲法宅家测量空气中的声速；【实验器材及其准备】实验需要的器材如下：1．智能手机至少2部，主要是Phyphox测量对某些手机反应有差异，只有通过自己实验选择2部合适的手机；2．网上下载手机应用App(Phyphox英文版或中文版网上也可以下载)；3．米尺，（家里没有2米或1米米尺的同学也没关系，自己在家找一根绳子和一个有标准刻度小尺子，量一个1米或2米长的绳子。要2米就是这根绳子的长度；要1米就是这根绳子对折一半的长度）；4．2个锤子最好，如果没有1个也行（锤子用来敲声音

2、，要是1个锤子没有可以用掌声代替，有点累，我试过——手疼，建议同学们还是向邻居求助一下）；5．最好找个伙伴，实在没有，一个人也行。我说一下，我实验时是在小区花园里（相对安静的户外），要是大家去象我做户外实验，建议带2个小凳子，实验时间有点长，蹲着很辛苦。6．户外找一段5-10米结实的水泥地面；不想去户外，可以在家找至少5米距离（在家里做实验不能用锤子敲击地板，只有击掌了，不外乎手疼2天而已）；总结一下：1最低配置：两部智能手机即可；2最高配置：2部智能手机、一根2米米尺、2个锤子、一个伙伴、5-10米户外水泥地面。【声速测量原理】从理论上

3、空气中的声速有公式Tυ=υ（1）s0TO式中v0=331.45m/s，为T0=273.15K时空气的声速；T为热力学温度，T=t+273.15K，t为摄氏温度。考虑到t<

4、.8442323.4665324.0876324.7075温度（℃）-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1声速（m/s）325.3263325.9438326.5602327.1754327.7895328.4024329.0142329.6248330.2343330.8427温度（℃）0123456789声速（m/s）331.45332.0562332.6612333.2652333.8681334.4698335.0705335.6702336.2687336.8662温度（℃）10111213141516171819声速（m/

5、s）337.4626338.058338.6524339.2457339.8379340.4291341.0193341.6085342.1967342.7839温度（℃）20212223242526272829声速（m/s）343.37343.9552344.5393345.1225345.7047346.2859346.8662347.4454348.0237348.6011温度（℃）30313233343536373839声速（m/s）349.1775349.7529350.3274350.901351.4736352.045335

6、2.616353.1859353.7548354.3228介绍一下常用几种声速测量方法。1．驻波法测声速如图1所示，发声器S1发出单频准平面声波，振幅为Vi，频率为f；另一个发声器S2当作声信号接收器用，S2在接收声波信号的同时发射声波信号。Ｘ发声信号接声信号VViS1S2图1驻波法测量声速原理图当接收面（S2）与发射面（S1）严格平行，两列相向而行的声波叠加形成驻波。只有当两个发声器S1与S2之间距离x满足驻波条件时，声波在S1与S2之间实现驻波共振，这时接收器上的声波振幅达到极大值。x=nλ/2（3）式中n为整数，λ为声波波长。若保持

7、频率不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面之间的距离Δx，即可得到该波的波长λ（λ=2Δx），并用υ=fλ（4）计算出声速ν。这种方法，我们目前没法在宅家实现。2．相位比较法测量声速如上图（1）所示，当声波在S1与S2之间实现驻波共振时，ｘ＝ｎλ／２，两个发声器发出声波相位差为π（反向），也就是S1与S2之间距离满足式（3），这时接收器S2接收信号V与S1发出信号Vi在相互垂直方向合成应该为直线；ｘ≠ｎλ／２，V与Vi在相互垂直方向合成为椭圆。仿造方法１中的方式，改变ｘ，比较V与Vi的相差，两次连续合成图像为直线位置间距Δx＝λ

8、／２，按照式（４）计算出声速ν。目前宅家用简单设备也没法实现。３．脉冲法测量声速脉冲声波可以通过多种方式产生，在宅家情况下，有锤击方式、击掌方式等，尤以锤击坚实水泥地面效果为佳。手机麦克风本身