Hãy nhập câu hỏi của bạn vào đây, nếu là tài khoản VIP, bạn sẽ được ưu tiên trả lời.
*Mục đích thí nghiệm: Đo được tốc độ truyền âm trong không khí
* Dụng cụ:
– Ống cộng hưởng (1) trong suốt bằng nhựa, dài 70 cm, đường kính 40 mm, có gắn thước thẳng.
– Pit-tông bằng kim loại bọc nhựa (2), đường kính 38 mm, có vạch chuẩn xác định vị trí.
– Dây treo pit-tông (3) dài 1,5 m, một đầu có móc treo, vắt qua ròng rọc có đường kính 40 mm.
– Hệ thống giá đỡ gồm trụ thép đặc (4), dài 75 cm, đường kính 10 mm và để ba chân bằng thép. – Loa điện động (4 Ω – 3 W) (5), lắp trong hộp bảo vệ có cán bằng trụ thép và lỗ cắm điện.
– Máy phát tần số (0,1 Hz – 1 kHz) (6), tín hiệu hình sin, điện áp ra cực đại 14 V.
– Bộ hai dây nối mạch điện (7), dài 50 cm, hai đầu có phích cắm.
* Tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 10.3. Đặt loa điện động gần sát đầu hở của ống cộng hưởng.
Bước 2: Dùng hai dây dẫn điện cấp điện cho loa từ máy phát tần số.
Bước 3: Điều chỉnh thang do trên máy phát sang vị trí 100 Hz – 1 kHz. Điều chỉnh tần số sóng âm cho phù hợp. Bước 4: Điều chỉnh biên độ để nghe được âm phát ra từ loa vừa đủ to.
Bước 5: Kéo dẫn pit-tông lên và lắng nghe âm phát ra. Xác định vị trí thứ nhất của pit-tông khi âm nghe được to nhất và xác định chiều dài cột khí l1 tương ứng. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.
Bước 6: Tiếp tục kéo pit-tông lên và xác định vị trí thứ hai của pit-tông khi âm nghe được lại to nhất và xác định chiều dài cột khí l2 tương ứng. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.
Bước 7: Cho pit-tông về lại sát miệng ống, lặp lại các bước 5 và 6 thêm 4 lần nữa. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.
Tham khảo:
* Đề xuất phương án thí nghiệm
Dụng cụ
(1) Máy phát âm tần,
(2) loa nhỏ,
(3) ống cộng hưởng là ống nhựa trong suốt (rải đều các hạt xốp trong lòng ống).
Thiết kế phương án thí nghiệm
Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho. Thiết kế phương án thí nghiệm đo tần số của âm do âm thoa phát ra bằng các dụng cụ này.
Tiến hành
– Đặt loa ở một đầu ống, loa nối với máy phát âm tần.
– Điều chỉnh để ống có chiều dài ngắn nhất.
– Điều chỉnh để máy phát âm tần phát ra tần số f = 650 Hz và biên độ âm thanh không quá to.
– Thay đổi từ từ chiều dài ống sao cho tại đầu ống không đặt loa, có các vị trí mà các hạt xốp dồn lại nhiều nhất. Đó là các bụng sóng. Ghi lại khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp được xác định là bụng sóng. Thực hiện lại từ bước 3 với âm thanh có tần số f = 850 Hz.
– Ghi kết quả vào vở theo mẫu Bảng 4.2.
* Giải thích một số câu hỏi liên quan:
– Một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển vì cần thay đổi chiều dài của cột khí trong ống cộng hưởng. Phương án thay đổi độ dài cột khí trong ống bằng cách sử dụng một pittong ở đầu ống, di chuyển pittong sẽ gián tiếp thay đổi chiều dài cột khí.
– Cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất vì để xác định được ở đó là bụng sóng hay nút sóng và từ đó tính được bước sóng, tốc độ truyền âm, ….
– Để tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng, ta sử dụng công thức: \(L=\left(2k+1\right)\dfrac{\lambda}{4}\)
Hai thí nghiệm này cho ra kết quả khác nhau
Khoảng thời gian đo được khi thả rơi tự do vật từ độ cao 2,2m là 0,462s, tốc độ đo khi thả rơi vật là tốc độ rơi tự do của vật không phải tốc độ truyền âm trong không khí.
Từ công thức tính tốc độ sóng: v = λ f , ta thấy để đo tốc độ truyền âm trong không khí cần xác định được tần số của sóng âm f, bước sóng của sóng âm λ .
- Xác định tần số f bằng máy phát âm tần,
- Xác định bước sóng thông qua công thức: l = k λ 2 ⇒ λ = 2 l k với chiều dài sợi dây và số bụng sóng xác định được.
Kết quả thí nghiệm tham khảo và cách xử lí số liệu:
Với f1 = 440 Hz ± 10 Hz
Chiều dài cột không khí khi âm to nhất (mm) | Lần 1 | Lần 2 | Lần 3 | Giá trị trung bình (l) | Sai số Δl |
l1 | 186 | 189 | 188 | 188 | 1 |
l2 | 572 | 573 | 569 | 571 | 2 |
- Bước sóng trung bình \(\overline \lambda = 2\left( {\overline {{l_2}} - \overline {{l_1}} } \right)\)= 766 (mm)
- Δλ = 2(Δl2 + Δl1) = 2.(1 + 2) = 6 (mm)
- \(\overline v = \overline \lambda .\overline f \)= 0,766.440 = 337,04 (m/s)
- Δv = = 10,3 (m/s)
- v =\(\overline v \) ± Δv = 337,04 ± 10,3 (m/s)
- Không xác định tốc độ truyền âm qua l1, l2 mà cần xác định qua l2 – l1 vì sóng âm là sự lan truyền qua không khí, nếu xác định âm ở l1, l2 thì ta sẽ không xác định được trong khoảng từ đầu ống thủy tinh đến vị trí l1, l2 có những bụng sóng hay nút sóng nào.
Dải tần số mà học sinh có thể nghe thấy từ 30 Hz đến 16000 Hz.
Nên bước sóng ngắn nhất của âm thanh trong không khí mà bạn học sinh đó nghe được ở tần số 16000Hz.
\(\lambda = \frac{v}{f} = \frac{{330}}{{16000}} \approx 0,02\)(m)
Tham khảo:
Để đo được tần số của sóng âm và tốc độ truyền âm ta cần có các dụng cụ đo chuyên dụng. Ví dụ như tần số của âm thoa, hay các loại nhạc cụ thì cần có các bộ dụng cụ trong phòng thí nghiệm, dao động kí điện tử. Các loại âm thanh có tần số không xác định được phát ra từ các động cơ, máy khoan thì cần có các dụng cụ đo chuyên dụng hơn và cần sử dụng các công thức về năng lượng âm, mức cường độ âm để xác định.
Tham khảo:
Tốc độ truyền sóng âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng. Tốc độ truyền sóng âm trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí.
Nguyên nhân: Môi trường càng đậm đặc (mật độ khối lượng lớn), tốc độ lan truyền tương tác giữa các phần tử của môi trường cảng lớn. Chẳng hạn trong chất khí, khoảng cách trung bình giữa các phần tử môi trường (nguyên tử hoặc phân tử) rất lớn so với kích thước của các phần tử nên tốc độ lan truyền tương tác nhỏ hơn tốc độ lan truyền tương tác giữa các phân tử của chất rắn.
Sử dụng dao động kí điện tử để kiểm tra tần số âm ghi trên âm thoa.
Tham khảo:
Có nhiều cách để đo tốc độ truyền âm.
- Cách 1: Có thể thả rơi 1 vật xuống một giếng cạn, đo thời gian từ lúc thả rơi đến khi nghe thấy âm thanh từ dưới giếng phản xạ lại. Đo độ sâu của giếng và kết hợp với thời gian đo được (thời gian rơi + thời gian truyền âm) là sẽ tính được tốc độ truyền âm.
- Cách 2: Sử dụng dụng cụ thí nghiệm đo tốc độ truyền âm như hình dưới: