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物理實驗聲速怎麼算

發布時間:2022-08-02 04:55:42

❶ 物理小實驗 如何測聲速

儀器和器材】

梆子,秒錶或手錶,捲尺。

【實驗方法】

在高牆前或山谷中唱歌或叫喊時,往往可以聽到回聲,而且在早晨時回聲最清晰響亮,因此本實驗最好在早晨進行。首先選擇好合適的實驗場所,例如一堵高牆,高牆的前面平坦空曠。實驗者站在離高牆的距離為R處,按照均勻的時間間隔T敲打梆子。當聽到反射回來的第一次梆子聲與打出來的第二次梆子聲完全重疊時,則表示每次梆子發出的聲音傳到高牆並被高牆反射回來到達實驗者處的時間剛好等於敲梆子的時間間隔T。因此聲音傳播的速度v為v=2R/T

1.站在離高牆100米或更遠的距離,以一定的時間間隔敲打梆子。

2.注意控制敲梆子的節拍,使從高牆處反射回來的梆子聲與敲出來的聲音相重疊。

3.站在旁邊的學生由一人報出敲擊的次數,其他學生同時用秒錶或手錶計時。測出敲擊20次至50次的時間間隔t,並由所得的結果計算出敲梆子的時間間隔T(秒)。

4.用捲尺測出敲擊地點到高牆的距離R(米)。

5.將所得的數據代入公式v=2R/T求出聲速v米。同時要記下測量時空氣的溫度,因為空氣中聲音傳播的速度與溫度有關。

❷ 水中測量聲速物理實驗那個理論聲速怎麼求

5HZ的頻率不確定度給聲速測定帶來的影響-->Δf=5Hz,f=30000Hz,v=λf-->
Δv/v=Δf/f=5/30000=1/60000
由於超聲波具有波長短,易於定向發射、易被反射等優點。在超聲波段進行
聲速測量的優點還在於超聲波的波長短,可以在短距離較精確的測出聲速。
超聲波的發射和接收一般通過電磁振動與機械振動的相互轉換來實現,最常
見的方法是利用壓電效應和磁致伸縮效應來實現的。本實驗採用的是壓電陶瓷製
成的換能器(探頭),這種壓電陶瓷可以在機械振動與交流電壓之間雙向換能。
聲波的傳播速度與其頻率和波長的關系為: (1) 由(1)式可知,測得聲波的頻率和波長,就可以得到聲速。同樣,傳播速度亦可用 (2) 表
示,若測得聲波傳播所經過的距離L和傳播時間t,也可獲得聲速。

1. 共振干涉法

實驗裝置如圖1所示,圖中和為壓電晶體換能器,作為聲波源,它被低頻信號發生器輸出的交流電信號激勵後,由於逆壓電效應發生受迫振動,並向空氣中定向發出以近似的平面聲波;為超聲波接收器,聲波傳至它的接收面上時,再被反射。當和的表面近似平行時,聲波就在兩個平面間來回反射,當兩個平面間距L為半波長的整倍數,即
(3)
時,發出的聲波與其反射聲波的相位在處差(n=1,2 ……),因此形成共振。
因為接收器的表面振動位移可以忽略,所以對位移來說是波節,對聲壓來說是波腹。本實驗測量的是聲壓,所以當形成共振時,接收器的輸出會出現明顯增大。從示波器上觀察到的電信號幅值也是極大值(參見圖2)。
圖中各極大之間的距離均為,由於散射和其他損耗,各級大致幅值隨距離增大而逐漸減小。我們只要測出各極大值對應的接收器的位置,就可測出波長。由信號源讀出超聲波的頻率值後,即可由公式(1)求得聲速。
2. 相位比較法

波是振動狀態的傳播,也可以說是位相的傳播。沿波傳播方向的任何兩點同相位時,這兩點間的距離就是波長的整數倍。利用這個原理,可以精確的測量波長。實驗裝置如圖1所示,沿波的傳播方向移動接收器,接收到的信號再次與發射器的位相相同時,一國的距離等於與聲波的波長。
同樣也可以利用李薩如圖形來判斷位相差。實驗中輸入示波器的是來自同一信號源的信號,它們的頻率嚴格一致,所以李薩如圖是橢圓,橢圓的傾斜與兩信號的位相差有關,當兩信號之間的位相差為0或時,橢圓變成傾斜的直線。
3. 時差法

用時差法測量聲速的實驗裝置仍採用上述儀器。由信號源提供一個脈沖信號經發出一個脈沖波,經過一段距離的傳播後,該脈沖信號被接收,再將該信號返回信號源,經信號源內部線路分析、比較處理後輸出脈沖信號在、之間的傳播時間t,傳播距離L可以從游標卡尺上讀出,採用公式(2)即可計算出聲速。

4. 逐差法處理數據

在本實驗中,若用游標卡尺測出個極大值的位置,並依次算出每經過個的距離為
這樣就很容易計算出。如測不到20個極大值,則可少測幾個(一定是偶數),用類似方法計算即可。

❸ 聲音的速度是怎麼計算出來的呢

在19世紀,德國馬德堡市市長蓋利克曾做這樣一個實驗,把鍾放在一個玻璃罩里,在玻璃罩上鑽一個小孔,接上抽氣機,然後把罩里的空氣慢慢抽出來,這時,鍾擺的滴管聲逐漸減弱,最後終於聽不見了。這一實驗證明了聲音必須在一定的媒質中傳播,真空是不能傳播聲音的。

第一個測定空氣中聲音傳播的速度的人是法國的默森。他使用的方法是:一個火槍手站在甲山頭放槍,站在乙山頭的另一個人記錄下從看見火光到聽到槍聲時的時間間隔,再測出兩山頭之間的直線距離。他測得空氣中的聲速為1380英尺/秒。

1677年6月23日,巴黎科學院用同樣的方法測得的聲速為356米/秒。1738年,法國有幾位科學家做了聲音在空氣中傳播速度的實驗。他們測的聲速為337米/秒。後來,人們又做了許多次實驗,發現溫度不同,聲音傳播的速度也不相同。在零下30℃時,聲音每秒跑313米,在100℃時,聲音每秒跑340米,而在常溫下,聲音的速度為340米/秒。也就是說,聲音在空氣中的速度隨溫度的變化而變化,溫度每上升或下降5℃,聲音的速度上升或下降3米/秒。

知道了聲音在空氣中的傳播速度,那麼在水裡的速度一樣嗎。

1827年,柯萊頓和斯特姆在瑞士的日內瓦湖,第一次測得聲音在水中傳播的速度,他們分別乘坐兩只船,相距十四公里。在甲船上,他們先向水裡放下一口鍾。在放炮的同時,敲響大鍾。在乙船上的人,看到甲船上的火光的同時開始計時,用一個特殊的聽音器鑒聽鍾聲,測出火光和聲音到達乙船的時間差。

他們的實驗結果是:聲音在水中的傳播速度為1435米/秒。後來經過多次測定,聲音在水裡的傳播速度大約為1500米/秒。

實驗表明,不同材料中聲音的傳播速度不同,聲音的速度與聲音本身的性質無關,只與溫度和材料的性質有關。聲音的傳播速度隨物質的堅韌性的增大而增加,隨物質的密度減小而減少。如:聲音在冰的傳播速度比聲音在水的傳播速度快,冰的堅韌性比水的堅韌性強,但是水的密度大於冰,這減少了聲音在水與冰的傳播速度的差距。利用聲音的這種特性,可用它來測距。例如,測量海洋深度的聲吶系統就是利用聲波來進行工作的。

日內瓦噴泉

❹ 物理學中「聲速的測量」

加一把發出聲音的槍可以把,大不了自己叫好了,同時作個手勢
傳統方法
方法1:一個聲音產生後,並不會立刻傳到你的耳朵,通常要經過一段時間。除非你自己有這種經驗,否則這是很難理解的。例如:如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快(約1秒鍾300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之後才會聽到。�
於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後,幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來;而當他聽到槍聲時,就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間,就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下(利用百米賽跑就可以了).
為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離,要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端;你的同學兩手各拿一塊大石頭(或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了),你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時,你的同學要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊。�當你一看到石頭撞在一起,就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的。�你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了。

**聲速的測量**

二十世紀以來,聲學測量技術發展很快。目前聲學儀器有較大發展,並具有高保真度,很寬的頻率范圍和動態范圍,小的非線性畸變和良好的瞬態響應等。

過去,測量聲波和振動的儀表都是模擬式電子儀表,測量的速度和准確度受到一定的限制。六十年代初。出現了數字式儀表,直接採用數字顯示,提高了測量時讀數的准確度。由於計算技術和高質量、低功耗的大規模集成電路的發展,人們已能用由微處理機控制的自動測量代替逐點測量,使許多需要事後計算的聲學測量和分析工作可以用微計算機實時運算。

以微處理機為中心的測量儀器,不但實現了小型化、多功能,而且由於採用了快速博里葉換演算法,從而實現了實時分析。同時也出現了一些新的聲學測量和分析方法,例如實時頻譜分析,聲強測量,聲源鑒別,瞬態信號分析,相關分析等。

今後聲學測量的任務是採用新的測量技術,提出新的測量方法,使用自動化數字式儀器,以提高測量的准確度和速度。

回顧歷史,可以看到,在發展經典聲學的過程中,許多研究工作是直接用人耳來聽聲音的。直到本世紀,發展了無線電電子學,才使聲波的測量採用了電聲換能器和電子測量儀器。 高性能的測量傳聲器、頻譜分析儀和聲級記錄器實現了聲信號的聲壓級測量,頻譜分析和聲信號特性的自動記錄;從而可以測量各種不同頻率、不同強度和波形的聲波,擴展了聲學的研究范圍,促進了近代聲學的發展。可以期望,計算技術和大規模集成電路的發展,微計算機和微處理機在聲學工作中的應用,必將促使近代聲學進一步發展。

傳統方法
方法1:一個聲音產生後,並不會立刻傳到你的耳朵,通常要經過一段時間。除非你自己有這種經驗,否則這是很難理解的。例如:如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快(約1秒鍾300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之後才會聽到。�
於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後,幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來;而當他聽到槍聲時,就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間,就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下(利用百米賽跑就可以了).
為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離,要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端;你的同學兩手各拿一塊大石頭(或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了),你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時,你的同學要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊。�當你一看到石頭撞在一起,就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的。�你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了。

方法二.
測量聲音的速度還有一種利用迴音來測量的的方法:(
所謂回聲,就是聲音在傳播的過程中碰到高大的障礙物被反射了回來,不是在電視里(當然是誇張)有時看到一個人面對大山大喊一聲,可以聽到三個、四個甚至五個回聲嗎?
哪么我們就可以根據這樣的原理,站在離高牆較遠的地方(事先測出你到高牆的距離)大聲地喊一下,在你喊的同時按下秒錶,當你聽到自己的回聲再按一下秒錶,這樣一來,你的喊聲從你那兒到高牆打了一個來回,你只要把上面說的你跟高牆的距離除以測得的時間的一半,這聲音的速度也就出來了(這里要注意的是因為人能分辨出自己的回聲的時間間隔要超過0.1秒,聲音有傳播速度是340米每秒,所以你與牆的距離,至少不得少於17米才行,而且中間還不能有障礙物)。

利用回聲測聲音速度比較高級和精確的做法是:
利用超聲波遇到物體發生反射,超聲波發生器通過電纜線連與超聲接受器連為一體,接受器能將接收到的超聲波信號進行處理並在電腦屏慕上顯示其波形,超聲波發生器每隔固定時間發射一短促的超聲波信號,而接收到的由於障礙物反射回的超聲波信號經儀器處理後也可在電腦屏上顯示出來(兩個波的形狀一大一小便於區分),每個反射波與相應的發射波之間的滯後的時間可經電腦的處理輸出,即能直接從電腦上讀出一個超聲波發射後遇到障礙物返回來的時間間隔,只要你事先測出超聲波發生器到障礙物之間的距離S,並將S除以往返時間的一半就是聲音在空氣里的傳播速度了。(超聲波在空氣中的傳播速度跟一般人能聽得到的聲波速度是相等的)。

測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系,即實驗時用結構相同的一對(發射器和接收器)超聲壓電陶瓷換能器,來作聲壓與電壓之間的轉換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位,用振幅法和相位法測定波長,由示波器直接讀出頻率f。

(一)諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件,每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率,當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時,發射器發出的超聲波功率最大,是最佳工作狀態。

(二)振幅法
由發射器發出的聲波近似於平面波。經接收器反射後,波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加。當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振,產生共振駐波現象,波幅達到極大。由縱波的性質可以證明,振動位移處於波節時,則聲壓是處於波腹。接收器端面近似為一波節,接收到的聲壓最大,經接收器轉換成的電信號也最強。聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出,當接收器端面移動到某個共振位置時,示波器上會出現最強的電信號,如果繼續移動接收器,將再次出現最強的電信號,兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。

(三)相位法
波是振動狀態的傳播,也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點,其振動狀態相同,或者說其相位差為2π的整數倍時兩點間的距離應等於波長λ的整數倍,利用這個公式可測量波長。由於發射器發出的是近似於平面波的超聲波,當接收器端面垂直於波的傳播方向時,其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時,總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射的信號同相。移過的這段距離必然等於超聲波的波長λ 。為了判斷相位差並且測定波長,可以利用雙蹤示波器直接比較發射的信號和接收的信號,同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。

❺ 聲速怎麼算,那些字母表示什麼

聲速怎麼算:聲音從發出位置到測試位置,兩點間的距離為S、所用時間為T,那麼聲速為:V=S/T。
字母表示什麼:
V=S/T
V:表示聲速
(單位:m/s
即:米/秒)
S:表示距離
(單位:m
即:米)
T:表示時間
(單位:S
即:秒)

❻ 物理初二聲速到底如何計算,請將過程詳細介紹,急死我了,怎麼也學不會

情景模擬:比如說在1000米開外有一面很大的牆,當你大喊一聲,用秒錶記下當聽到你的迴音的時候的時間,距離1000米*2除以時間就是聲速了……希望對你有所幫助!

❼ 固體中聲速測量用的事什麼方法,測量公式是什麼公式中各物理量的含義是什麼

共振干涉法測量聲速

假設在無限聲場中,僅有一個點聲源S1(發射換能器)和一個接收平面(接收換能器S2)。當點聲源發出聲波後,在此聲場中只有一個反射面(即接收換能器平面),並且只產生一次反射。

在上述假設條件下,發射波ξ1=Acos (ωt+2πx /λ)。在S2處產生反射,反射波ξ2=A 1cos (ωt+2πx /λ),信號相位與ξ1相反,幅度A 1<A 。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加,合成波束ξ3

則有:ξ3=ξ1+ξ2=(A 1+A 2)cos (ωt-2πx /λ)+A 1cos (ωt+2πx /λ) =A 1cos(2πx /λ)cos ωt+A 2cos (ωt - 2πx /λ)

合成後的波束ξ3在幅度上,具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性,在相位上,具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。

❽ 物理試驗中測定聲速得方法有哪些

【目的和要求】
學習粗略測定聲音速度的方法,了解空氣中聲速的大小。【儀器和器材】
梆子,秒錶或手錶,捲尺。【實驗方法】
在高牆前或山谷中唱歌或叫喊時,往往可以聽到回聲,而且在早晨時回聲最清晰響亮,因此本實驗最好在早晨進行。首先選擇好合適的實驗場所,例如一堵高牆,高牆的前面平坦空曠。實驗者站在離高牆的距離為R處,按照均勻的時間間隔T敲打梆子。當聽到反射回來的第一次梆子聲與打出來的第二次梆子聲完全重疊時,則表示每次梆子發出的聲音傳到高牆並被高牆反射回來到達實驗者處的時間剛好等於敲梆子的時間間隔T。因此聲音傳播的速度v為v=2R/T
1.站在離高牆100米或更遠的距離,以一定的時間間隔敲打梆子。
2.注意控制敲梆子的節拍,使從高牆處反射回來的梆子聲與敲出來的聲音相重疊。
3.站在旁邊的學生由一人報出敲擊的次數,其他學生同時用秒錶或手錶計時。測出敲擊20次至50次的時間間隔t,並由所得的結果計算出敲梆子的時間間隔T(秒)。
4.用捲尺測出敲擊地點到高牆的距離R(米)。
5.將所得的數據代入公式v=2R/T求出聲速v米。同時要記下測量時空氣的溫度,因為空氣中聲音傳播的速度與溫度有關。【注意事項】
1.實驗者離牆的距離以能清晰地聽到回聲為宜。
2.若每隔一次聽到敲擊聲與回聲重合,則聲速公式v=2R/T。實驗內容
1、連接測量系統。函數信號發生器的輸出與發射換能器和示波器的X(Y2)輸入並聯連接,接收換能器的輸出與示波器的Y1輸入連接。
2、練習使用函數信號發生器和示波器。
(1)用示波器觀察由信號發生器提供的不同的波形信號。
(2)用示波器觀察李薩如圖形。
3、調節諧振頻率。信號發生器輸出正弦信號,頻率調節到換能器的諧振頻率,記下諧振頻率f。這時,換能器發射出的超聲波最強。
4、利用駐波法測量聲速。
(1)信號發生器輸出頻率處於諧振頻率;示波器Y軸工作方式選擇開關置於Y1,「拉Y1
(X)」旋鈕推進。
(2)從兩換能器相距1cm左右開始,由近及遠移動接收換能器,觀察示波器上的接收信號的變化情況,記下第1、2、3、……、20個出現正弦波極大值時接收換能器的位置即游標卡尺的讀數L1、L2、L3、……、L20。
(3)採用逐差法求出波長λ,進而求出聲速v;計算聲速的不確定度,表示測量結果。
5、利用相位比較法測量聲速。
(1)信號發生器輸出頻率處於諧振頻率;示波器Y軸工作方式選擇開關可以置於任意位置,「拉Y1(X)」旋鈕拉出。
(2)從兩換能器相距1cm左右開始,由近及遠移動接收換能器,觀察示波器上李薩如圖形的變化情況,記下第1、2、3、……、20個出現直線時接收換能器的位置即游標卡尺的讀數L1、L2、L3、……、L20。
(3)採用逐差法求出波長λ,進而求出聲速v;計算聲速的不確定度,表示測量結果。
儀器簡介
1、超聲聲速測定儀:主要由兩個超聲壓電換能器和游標卡尺組成;超聲壓電換能器可以實現聲
壓和電壓之間的相互轉換,分別用於發射和接收超聲波;游標卡尺用來測量聲波發射面和接
收面之間的距離。
2、函數信號發生器:提供適當頻率的正弦電信號給壓電換能器來發射超聲波。
3、雙蹤示波器:
(1)觀察和測量接收換能器將聲壓轉換成的電信號;
(2)觀察發射電信號和接收電信號兩個相互垂直簡諧振動疊加產生的李薩如圖形,測量相位差。

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