实验报告声速测量

2024-04-20

实验报告声速测量(精选8篇)

篇1:实验报告声速测量

实验时间:2019 年

日,第批 签到序号:

【进入实验室后填写】

福州大学

【实验一】

声速 测量

(303 实验室)

学 学 院

班 班 级

学 学 号

姓 姓 名

实验前必须完成【实验预习部分】

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携带学生证 提前 10 分钟进实验室

实验预习部分 【 实验目的】

【 实验仪器】(名称、规格或型号)

【 实验原理 】(文字叙述、主要公式、原理图)

实验预习部分 【 实验内容和步骤】

实验预习部分

一、写出示波器以下标号的功能(用中文表述),并复习它们的位置(参本 考课本 P148 图 图 19-13):

39(或 11)

25。

二、在下图方框中标出函数信号发生器的四个部位分别对应哪个选项。

A、CH1 B、CH1使能 C、CH2 D、CH2使能

三、实验中在测量声波波长之前,必须确定系统的。

频率。

动 调节方法是:先移动 S1 到距 S2 为 为 5 ~10 cm,缓慢调节函数信号发生器频率(在 ~

kHz 连续调节),观察哪个频率下接收波电压动 幅度最大。然后移动 S1,使示波器显示的正弦幅度最大,再细调信号以 频率(以 0.01kHz。

为步长调节),直到接收波振幅最大。记下此时频率。

注意:本实验用的声速测定装置 动子是发射端,定子是接收端。

于 两个换能器之间的距离最好大于 5 cm,严禁将两个换能器接触。

数据记录与处理

【一】

测量系统的谐振频率 f 

k H z

此时换能器间距 L

mm 【二】

用共振干涉法测波长((v 公 =340.00 m/s)

1L 

mm,11L 

mm, 

mm

声速 v =

百分偏差 B=

【三】用相位比较法测波长

(v 公 =340.00m/s)

数 次数 i L i /mm 数 次数 i+6 L i+6 m/mm6()/6()i iL L mm+=-()mm 

声速 v =

百分偏差 B=

思考题:用相位法测量波长时,指出本实验用哪两个图 形之间的距离 :

测量波长:(在正确的图下画√)

进入实验室后,按实验指导老师要求撰写。

实验预习及操作成绩

实验指导教师签字

日期

实验报告成绩

报告批阅教师签字

日期

篇2:实验报告声速测量

1. 用极值法和位相法测量空气中的声速

2. 掌握用电声换能器进行电声转换的测量方法

3. 学会用逐差法处理实验数据

4. 进一步学习示波器的应用

二:实验仪器

SV6型超声速测量组合仪,SV5型声速测定专用信号源,双踪示波器

三:实验内容及数据记录

1. 确定仪器组最佳工作频率f

2. 将测试方法设置到连续方式,观察示波器,移动S2找出接受波形的最大值,记录幅度为最大值时的距离;记下S2位置x0,调节S2,逐次记下振幅最大的x1,x2„„x12共12个点,2xi1xi,用逐差法处理12个数据即可得到接受波长,而声速vf,得到声速v。

篇3:声速测量实验原理分析

声速测量的基本方法有共振干涉法和相位比较法, 实验装置简图如图1所示。超声波信号发生器输出的电信号加载到声速测定仪的激发换能器 (又称发射器) A (固定端) 上, 使其因压电效应产生超声波信号, 发出的声波在空气中传到接收换能器 (又称接收器) B (可移动端) 上, 由接收器转变成电信号送给示波器。当发射器的固有振荡频率与超声波信号发生器给定的频率大致相等时, 发射器输出的超声波能量最大。在发射器A的声场中移动接收器B, 就可以在示波器上观察到波形产生极大 (或极小) 的变化。当接收器B与声场共振时, 示波器上就显示一次信号极大。此时, 每移动接收器B的距离 时, 示波器上就再次显示一次信号极大, 由此, 可以测得声速, 但在实际测量中发现存在一些问题。首先, 发射器A在不间断地工作着, 且A发出的声波遇到与之正对的B被反射, 在传输过程中同时被空气吸收、散射, 而反射波再次被A反射, 被空气吸收、散射, ……因此, A、B间的声场不是严格的驻波场[1];第二, 按照驻波形成原理[2], 在接收器B端, 由于B的表面较空气而言属于波密媒质, B端应始终处于“驻波”节点, 从示波器上不应显示信号极大。就以上现象给出一定的探讨, 使学生更加清楚的理解实验原理。

2 原理分析

2.1 混合方程

设在坐标原点有一平面声波, 沿x方向传播, 其波动方程为:

在x=L处有一接收器, 可以看成与x轴垂直的无限大平面, 则波被平面反射, 出现一列沿x轴负方向传播的波, 由于波是在阻抗大的介质反射回阻抗小的介质, 将发生“半波损失”。所以反射波的波动方程为

α是小于1的系数, 表示反射波的振幅只是入射波振幅的一部分, 为反射波与振源的位相差, 这里表示由于波传播路程产生的位相。令, 则

边界条件为

在x轴上任意点的位移为两列反向传播的行波的叠加, 即

由 (4) 及 (5) 式可得

代入 (5) 式, 即有:

从公式 (7) 可见, 在两换能器界面上来回反射形成驻波和行波的混波状态, 这主要是行波在界面反射时, 反射波振幅小于入射波振幅的缘故。波场中各点的位移的包络有类似驻波波腹和波节的结构, 不过各点的位移振幅都不为零, 即不存在通常意义下的波节的概念。

现在考虑两个特殊位置的情况:

这时反射界面到声源的距离为波长的偶数倍, 由 (8) 式可得

声源与接收器之间形成振幅较大而且稳定的混合波, 声源与接收器处均为波节, 此时的混合波达到共振现象, 即波腹达到最大值, 且波节的振幅也相应地达到最大值。

这时反射界面到声源的距离为1/4波长的奇数倍, 由 (8) 式可得振幅的空间分布为

此时波腹及波节的幅值相应地小于上述情况的波腹及波节的幅值。

综上所述, 当两列振幅不等、方向相反的波叠加时, 所形成的波是一种混合波, 混合波同时具有驻波和行波的特征, 即混合波的波幅既有波腹和波节的驻波特征, 同时波的位相又具有沿波前进的方向传播的行波的特征。

2.2 接收器处的声压

接收器端的工作原理是利用压电体的压电效应, 将机械振动转换成电信号。可见, 接收器端获得的物理量应该是声压, 而不是质元的位移。若用P表示声压, 按照声压的定义,

B为介质的体积弹性模量, 为振动引起的质元体积的变化。对于平面简谐波,

其中, 是位移波, 则

可见, 声压波与位移波的相位差是, 在所谓的“位移驻波”的波节处 (接收端) , 对应的应是“声压驻波”的波腹, 故信号显示极大。从驻波的形成原理来看, 对位移波在反射端有半波损失, 形成波节, 对声压波在反射端不需要考虑半波损失, 因此形成波腹, 在接收端测得的信息极大。

3 结论

通过上述理论讨论, 不仅有利于加深学生对行波和驻波物理概念的理解, 还能使学生对原理的关键“示波器显示的波形是声压波不是位移波”有更清晰的认识, 以利于学生对声速测量实验更好的把握。

摘要:声速测量是根据入射波和反射波叠加后的状态随反射界面到声源的距离的不同而呈现出周期性的变化这一特点进行测量的, 由于实际的情况比理想的情况复杂的多, 使得波在界面上的反射理论常常容易出现错误的观点。为此, 在忽略媒质对声波吸收的情况下, 推出两波叠加后的方程, 并使学生更清楚的认识到示波器显示的波形是声压波不是位移波。

关键词:测量,声压,共振

参考文献

[1]张兆奎, 缪连元, 张立.大学物理实验[M].北京:高等教育出版社, 1993:218-222.

篇4:浅析航道勘测声速测量

【关键词】测试板法;声速剖面仪;HY1200;平均声速

1、概述

声速是水文参数重点之一,精确测量声速是声纳准确测距的基础。单波束测深仪的深度改正、多波束测深仪波束角改正及声线弯曲改正都离不开声速剖面的测量。在航道管理、航道整治测量工作中,水下测量是主要的工作项目,水下测量通常采用回声测深系统进行测深,配备GPS进行平面位置精确定位。回声测深系统的原理主要是用声速和声速往返时间来计算水深,即:H=V×T/2其中:V为声速、T为声速往返时间。

这里,声速往返时间是由系统感知计算得到的,声速则由测量人员测定,所以为了得到相对精确的测量结果,声速的测定就成为水深测量过程中非常重要的一个环节,其精准性是影响测深精度的主要因素。声速的测定一般采用测试板法和HY1200系列声速剖面仪法。

2、测试板法测量声速

测试板法使用的工具是测试板,测试板是用一定尺寸的带有圆孔的钢板(55CM×55CM)和中间与之相连的带有刻度标志的抗拉绳索组成的。

基本测量过程如下:将测深系统连接调试之后,根据测量的最大水深以及测量船的吃水估计一个声速测定深度范围,再将测试板从测深换能器处垂直放入水下以水面为标准的一个整刻度的深度,然后调整测深仪的声速值,直到仪器显示的水深和测试板放入的深度相同。这时记录一组深度值和设定的声速。再将测试板每一个整刻度(比如2米)下放,重复上述操作。直到接近最大深度的整刻度值,再将测试板拉起,从下到上在依次校定测量的声速。这样得到了测区一组不同水深的声速值范围,根据这些声速值在测深仪里设定一个初始平均声速,连接各测量定位设备和测深系统,开始航道水下测量。该方法只能在风浪、流速、深度特定的环境下测量声速。

3、HY1200声速剖面仪测量声速

3.1声速剖面仪简介

HY1200型声速仪采用的是环鸣法测量声速的原理,在靠近声速仪探头顶端装有高频“环鸣”传感器和相关的反射器。这一对精确安置的配件依照它们已知的间距,发射和接收信号,从而量测水中的声速。自第一次信号传输之后,收到的回波会被传入振荡器的反馈电路中去,振荡奖结又再引发发射器、开始再次循环。发射的声信号被固定已知距离内的反射板反射,接收机接收到反射信号后,触发下一次的发射,这样周而复始,测量发射的重复周期或频率就可以精确计算出声速了。

HY1200型声速仪需要一台个人计算机工作,声速仪经电池盒连接在计算机上的串行口(COM1/COM8),计算机上运行声速测量与处理(VelPro)软件。声速仪应用先在测量电脑上安装VelPro软件,双击光盘VelPro目录下的SETUP.EXE文件,按照安装提示一步一步进行。VelPro声速测量软件主要有自容方式、工作参数、数据表格、声速曲线四个界面。测量前先对声速测量的工作参数进行设置,包括文件存储、测点描述、介质密度、端口以及工作模式的设置。

数据表格界面以表格方式显示测量结果,需要时即进行打印和导出。软件里按照深度层的大小可以进行声速值过滤。

声速曲线界面里非常直观的看到声速和温度的剖面曲线,现场根据测量需要进行平均声速计算、保存和打印曲线图的操作。

目前大多数测量单位都采用单波速测深系统进行测深,为了单波束测深仪声速改正的方便,我们正常是计算声波从换能器表面传播到测区深度的平均声速。计算平均声速引用的是当前显示的声速剖面曲线,可以采用经平滑的也可以是未经平滑的,但对计算结果的影响比较小。点击下拉菜单的“平均”选项,程序将提示输入换能器的吃水参数,一般1米左右。计算结束后,将显示最大深度和相对应的平均声速。保存平均声速可以通过点击“保存→保存平均声速”菜单选项完成,此时“数据表格”页面显示的是刚刚保存的文件内容,同时进行过滤、导出、打印等操作。此时平均声速就可以提供给单波速测深仪进行水深测量。进而达到理想的高精度的测深效果。

3.2声速仪在测量中的应用

2014年11月17日,在福建湄洲湾航道炸礁清楚工程水深测量中,进行了声速仪测量应用。测量船外舷安装HY1601单波速测深仪换能器,吃水1米。配备南方RTKGPS进行平面定位。首先连接声速测量仪器各设备,接通声速仪电源后,调试(声速仪-电脑)数据通讯端口,输入保存测量文件名、测点描述、海水密度、固定定深等各项工作参数。然后测量人员穿好救生衣在船舷外将声速仪缓慢垂直放入水中,待电脑测量软件显示的声速数据基本稳定后,单击“开始记录”按钮。慢速下放声速仪,到达最大深度后,缓慢提升至声速仪出水。然后单击“停!”按钮,此次声速测量结束。电脑上切换到“数据表格界面”进行测量分析、平均声速计算等处理。本次声速测量期间附近没有船舶通过,海面平静,接近高平潮,水深29.5米。电脑软件界面显示不同水深测得记录的声速范围(1497—1503)米/秒。计算平均声速1500米/秒应用单波束测深系统后,其测量产品经具有甲级测绘资质的海测大队多波束测深系统测量比对完全符合,产品质量优良。

4、HY1200声速仪优于测试板法测量声速

使用测试板对声速进行测量其测量误差受到很多因素的影响,主要是刻度标定的误差、钢丝绳的弹性误差,还有受水流影响以及测试在水下会形成一定角度误差等等。尤其在水流急、深度较深时误差更明显,用测试板测定声速只能在平潮时进行。测试板测得的声速为等效声速,并不是某个深度层的真实声速,而且忽略了存在介质越层的可能,所以测量声速不能完全得到保证。而声速剖面仪是在一个很小的距离上来测量声速,并且采样频率很高,可以正确的表达这个水层的声速。

HY1200系列声速剖面仪,它的换能器到反射面的距离为7CM,采样频率为5HZ即进行一次采样只要0.2秒,使得它的测量精度可以达到0.4米。由于采用压力传感器对深度进行标定,所以刻度标定的误差、拉绳的弹性误差和垂直角度误差的影响就避免了,并且因为较高的采样频率,声速剖面仪可以提供较丰富的测量数据。如以0.5M/S下放和提升HY1200系列声速剖面仪,测量深度为20米,理论上可以得到400个采样数据,这样可以比较准确的得到适当水层的平均声速,进而应用软件对声速进行改正数计算和单波束测深系统调用。

5、结论

声速是航道勘测确保成果精度的重要因素,声速的测量应用是水下测量的重要工序,是测深系统过程中不可缺少的主要步骤。无论是单波速还是多波速测深系统都离不开声速的测量。由上分析实践可知,声速仪测量精度是可以保证的,声速仪完全可以满足高精度水深测量的要求,在实时或后处理软件上均可实现对每个水深值进行准确的水深改正。声速仪的应用体现了测绘自动化的发展方向,是回声测深技术发展的必然趋势。避免了人力和时间上的浪费,提高了各领域测量精度和工作效率。

参考文献

篇5:声速的测量实验报告

实验器材:温度计、卷尺、秒表。

实验地点:平遥县状元桥东。

实验人员:爱物学理小组

实验分工:张灏、成立敬——测量时间

张海涛——发声

贾兴藩——测温

实验过程:

1 测量一段开阔地长;

2 测量人在两端准备;

3 计时员挥手致意,发声人准备发声;

4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止)

5 多测几次,记录数据。

实验结果:

时间 17∶30

温度 21℃

发声时间 0.26″

发声距离 93m

实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s.

篇6:实验报告声速测量

基于光学信息处理的液体内声速测量

采用光学信息处理的方法获取相位物体的可见像,使相位物体的对比度从0提高到人眼可见的.0.1以上,通过直接测量声光栅的光栅常量得到液体中的声速.该方法与采用衍射方法测量的结果基本符合.

作 者:汪涛 杜鑫 文华武 马磊 WANG Tao DU Xin WEN Hua-wu MA Lei 作者单位:重庆大学,数理学院,重庆,400044刊 名:物理实验 PKU英文刊名:PHYSICS EXPERIMENTATION年,卷(期):200929(6)分类号:O438关键词:声速 声光衍射 相位滤波

篇7:地籍测量实验报告

一、实验目的

1、通过学习,掌握测制地籍图的方法和步骤。

2、学习利用新增功能提高工作效率

二、实验原理

根据给定的数据,参照CASS实习指导书介绍的内业成图(“草图法”和“简码法”)方法按一定的步骤用指定的数据文件完成地形图的绘制。

三、实验内容

通过本章学习要掌握如何绘制地籍图〔绘权属图〕; 如何绘制宗地图;如何绘制地籍表格; 如何管理地籍图中的信息。

四、实验步骤

1、生成平面图

示例文件E:\CASS70\DEMO\SOUTH.DAT是带简编码的坐标数据文件,故可用“简码法”来完成。

2、生成权属信息数据文件

(1)权属合并

(2)由图形生成权属

先用“绘图处理”下的“展野外测点点号”功能展出外业数据的点号,再选择“地籍成图生成权属由图形生成”项,命令区提示:

请选择:(1)界址点号按序号累加

(2)手工输入界址点号<1>,按要求选择,默认选1。下面弹出对话框,要求输入地籍权属信息数据文件名,保存在合适的路径下,如果此文件已存在,则提示:

(1)文件已存在,请选择

(2)追加该文件

覆盖该文件,按实际情况选择。然后按提示依次往下做,得到结果所要的图。

(3)用复合线生成权属

选择“绘图处理”菜单之“用复合线生成权属”项,输入地籍权属信息数据文件名后,根据命令区提示依次往下做。

(4)用界址线生成权属

如果图上没有界址线,可用“地籍成图”子菜单下“绘制权属线”生成。

3、绘权属地籍图

(1)手工绘制 使用“地籍成图”子菜单下“绘制权属线”功能生成,并选择不注记,可以手工绘出权属线,这种方法最直观,权属线出来后系统立即弹出对话框,要求输入属性,点“确定”按钮后系统将宗地号、权利人、地类编号等信息加到权属线里。

(2)通过权属信息数据文件绘制 首先可以利用“地籍成图地籍参数设置”功能对成图参数进行设置。根据实际情况选择适合的注记方式,绘权属线时要作哪些权属注记。如要将宗地号、地类、界址点间距离、权利人等全部注记,则在这些选项前的方格中打上钩。参数设置完成后,选择“地籍依权属文件绘权属图” CASS界面弹出要求输入权属信息数据文件名的对话框,这时输入权属信息数据文件,命令区提示:输入范围(宗地号街坊号或街道号)<全部>:根据绘图需要,输入要绘制地籍图的范围,默认值为全部

(1)修改界址点点号

选取“地籍成图”菜单下“修改界址点号”功能。点取你要修改的界址点圆圈,也可按住鼠标左键,拖框批量选择。对话框的左上角就是要修改点的位置,提示的是它的当前点号,将它修改成所需求的数值,回车。系统会自动在当前宗地中寻找输入的点号。如果当前宗地中已有该点号,系统将弹出对话框,说明该点已存在,如果输入的点号有效,系统将其写入界址点圆圈的属性中。当选择了多个界址点时,在下一个点的位置将出现图3-10所示对话框,当然,点号变成当前点点号。

(2)重排界址点号

选取“地籍成图”菜单下“重排界址点号”功能。

(3)界址点圆圈修饰(剪切消隐)

选取“地籍界址点圆圈修饰剪切”功能。屏幕在闪烁片刻后即可发现所有的界址点圆圈内的界址线都被剪切,由于执行本功能后所有权属线被打断,所以其他操作可能无法正常进行,因此建议此步操作在成图的最后一步进行,而且,执行本操作后将图形另存为其他文件名或不要存盘。一般来说,在出图前执行此功能。

(4)界址点生成数据文件

用此功能可一次性将全部界址点的坐标读出来,写入坐标数据文件中。选取“地籍成图”菜单下“界址点生成数据文件”功能屏幕弹出对话框,提示输入生成的坐标数据文件名。输入文件名后点“确定”。

(5)查找指定宗地和界址点

选取“地籍”菜单下“查找宗地”功能弹出对话框。根据已知条件选择查找的内容后,查找到符合条件的宗地居中显示。选取“地籍”菜单下“查找界址点”功能,弹出对话框。根据已知条件选择查找的内容后,查找到符合条件的界址点居中显示。

(6)修改界址线属性

点取“地籍修改界址线属性”,屏幕提示选择界址线所在宗地,选取宗地后屏幕提示指定界址线所在边<直接回车处理所有界址线>,选取界址线后弹出如图3-14所示对话框。除了可以查看该线当前的性质,还可以按调查的情况添加界址线信息。

(7)修改界址点属性

界址点圆圈中存放界址点号、界标类型和界址点类型等界址点属性。点取“地籍/修改界址点属性”屏幕提示请啦框选择要处理的界址点,选择界址点后弹出。

5、宗地 属性处理(1)宗地合并

选取“地籍成图”菜单下“宗地合并”功能。分别选取两条宗地的权属线。(2)宗地分割 选取“地籍成图”菜单下“宗地分割”功能。选择要分割宗地的权属线,选择用复合线画出的分割线。(3)修改宗地属性

选取“地籍成图”菜单下“修改宗地属性”功能。用鼠标点取宗地权属线或注记均可。

(4)输出宗地属性

输出宗地属性功能可以将上图所示的宗地信息输出到ACCESS数据库。

选取“地籍成图”菜单下“输出宗地属性”功能。屏幕弹出对话框,提示输入ACCESS数据库文件名,输入文件名。请选择要输出的宗地,选取要输出的到ACCESS数据库的宗地。选完后回车,系统将宗地属性写入给定的ACCESS数据库文件名。

6、绘制宗地图

(1)单块宗地

该方法可用鼠标划出切割范围。打开图形E:\CASS70\DEMO\SOUTHDJ.DWG。选择“地籍绘制宗地图框(可缩放图)A4竖单块宗地”。弹出对话框,根据需要选择宗地图的各种参数后点击“确定”,根据屏幕所示操作,一幅完整的宗地图就画好了。

(2)批量处理 打开SOUTHDJ.DWG图形,选择“绘图处理宗地图框A4竖批量处理”。根据命令区提示操作,最后得图。

7、绘制地图表格

(1)界址点成果表

选择“绘图处理绘制地籍表格界址点成果表”项,弹出对话框要求输入权属信息数据文件名,输入E:\CASS70\DEMO\SOUTHDJ.QS。根据命令区提示操作,得到结果。

(2)界址点坐标表

选择“绘图处理绘制地籍表格界址点坐标表”命令,根据命令区提示操作。

(3)以街坊为单位界址点坐标表

选择“绘图处理绘制地籍表格以街坊为单位界址点坐标表”命令,则根据命令区提示操作。

(4)以街道为单位宗地面积汇总表

选择“绘图处理绘制地籍表格以街道为单位宗地面积汇总表”项,弹出对话框要求输入权属信息数据 文件名,输入E:\CASS70\DEMO\SOUTHDJ.QS则根据命令区提示操作。

(5)城镇土地分类面积统计表

选择“绘图处理绘制地籍表格城镇土地分类面积统计表”项,则根据命令区提示操作。

(6)街道面积统计表

选择“绘图处理绘制地籍表格街道面积统计表”项,弹出对话框要求输入权属信息数据文件名,输入E:\CASS70\DEMO\SOUTHDJ.QS,则根据命令区提示操作。(7)街坊面积统计表

选择“绘图处理绘制地籍表格街坊面积统计表”项,根据命令区提示操作。

(8)面积分类统计表

选择“绘图处理绘制地籍表格面积分类统计表”项,根据命令区提示操作。

(9)街道面积分类统计表

选择“绘图处理绘制地籍表格街道面积分类统计表”项,根据命令区提示操作。

六、实验体会

通过本次的实验和学习,学会了利用新增功能提高工作效率的方法,了解了测制地籍图的方法和步骤,掌握绘制地籍图〔绘权属图〕、如何绘制宗地图、、绘制地籍表格和管理地籍图中的信息的方法。

篇8:空气中声速测量方法的改进

声速的测量通常有两类方法:一种方法是测量声波传播的距离s和时间t,然后根据公式v=s/t计算出声速;另一种方法是测量声波的频率f和波长λ,然后根据公式v=λf计算出声速。

前一种方法只需要长度测量工具刻度尺和时间测量工具秒表,后一种方法则需要声速测量仪、示波器、信号发生器等专业工具,且后期的分析处理较为复杂。所以在初中物理学中声速的具体测量方案都是基于前一种方法设计的。教材中普遍使用了发令枪测声速,即一名同学持发令枪在起点发令,另一名同学在终点测出看到发令枪冒烟和听到枪声间的时间间隔t,再根据公式v=s/t算出空气中声速。

在实际教学中,我们基于前一种测量原理,进行了各种声速测量尝试,找到一种较为准确且简单的测量方法:利用摩托车测量法。

二、改进后的空气中声速测量方法

1. 实验原理

2. 实验器材

摩托车(豪爵海王星)、卷尺、秒表(电子式)。

3. 实验方案

首先用卷尺测出合适的直线距离s,在该直线距离的起点放置一辆摩托车,并将摩托车头部正对直线距离终点的同学乙,起点同学甲使得摩托车喇叭和头部车大灯(头灯)同时工作,终点的乙同学自看到摩托车车灯亮起时开始用秒表计时,待听到摩托车喇叭声时停止计时,所测时间即为声音在直线距离s中传播所用时间t,再根据v=s/t计算出空气中的声速。

为了解决传统发令枪测声速中距离难把握的问题,我们在实验中采取从声源(摩托车喇叭)逐渐远离的方法进行了对比,在确保能较清晰地听到声源发出声音的前提下,通过多次比较发现距离在600m左右为最佳,大大减小了人的反应时间对测量结果的影响。

4. 实验数据及处理

在多次对比实验的基础上了最终确定了直线距离为s=612m,并测量出了18组数据。根据公式v=s/t我们分别算出18次实验中的声速,如表1所示。

根据多次测量取平均的方法,根据18次所测得声速求得所测声速为v=327.8m/s。

同学甲将起点摩托车移至终点位置, 而乙同学移至起点, 重复实验, 再测出18数据。根据公式v=s/t, 我们分别算出了18次实验中的声速, 如表2所示。

根据多次测量取平均的方法,根据18次所测得的声速可求得所测声速为v=321.5m/s。

5. 实验思考

为什么两次实验结果有较大的差异?

分析:测量中所选择的直线距离沿着南北方向,两次声源和测量者的位置正好相反,前18组数据是顺风测量的,而后18组数据是逆风测量(风向为西北风),风速影响了声速。

三、实验注意点

综合多次实际测量操作,在具体实验时我们需要注意以下几点。

1. 所选摩托车的车头大灯亮度较亮,摩托车喇叭声音较响。

2. 所测直线距离要适中,对于豪爵海王星踏板摩托车距离600m左右较为合适。不同型号摩托车的喇叭响度不同,在实际实验中可采取从声源处逐渐远离的方法寻求最佳距离。

3. 为保证车灯和喇叭同时工作,先将车灯开关打开,同时左手长按喇叭按钮,右手通过拨动钥匙来使得摩托车电路接通,使得车灯和喇叭同时通电而同时工作。

4. 尽量选择无风或风速较小时进行实验,以减小风速对声速的影响。

5. 为防止环境噪声的影响,可选择晚上进行实验,而且可增加对车灯的可视度,提高实验的精确度。

6. 在具体实验前,甲乙同学应进行多次练习,熟练配合,实验时应该进行多次实验,确保实验测量的准确性。

四、实验方案优点

该方案原理简单,所用器材简单常见,无需专业测量仪器,操作简单,可行性较强,适宜所有中学使用。更重要的是在夜晚漆黑安静环境中操作实验,摩托车车灯的视觉效果和摩托车喇叭声音的听觉效果较好,实验中声音传播距离较长,最大限度地减小人的反应时间的影响,测量结果较精确。

摘要:本文介绍了一种利用摩托车、秒表和卷尺测量空气中声速的新型实验方案, 该方案原理简单, 器材易得, 操作可行性高, 且实际测量结果较准确, 适合初中生使用。

关键词:空气中声速测量方法,改进,注意点,优点

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准[S].北京:北京师范大学出版社, 2001.

[2]安忠.中学物理实验教学研究[M].北京:高等教育出版社, 1986.

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