1279454
столько раз учителя, ученики и родители
посетили сайт «Инфоурок»
за прошедшие 24 часа
+Добавить материал
и получить бесплатное
свидетельство о публикации
в СМИ №ФС77-60625 от 20.01.2015
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации для педагогов

Дистанционные курсы для педагогов - курсы профессиональной переподготовки от 5.520 руб.;
- курсы повышения квалификации от 1.200 руб.
Престижные документы для аттестации

ВЫБРАТЬ КУРС СО СКИДКОЙ ДО 70%

ВНИМАНИЕ: Скидка действует ТОЛЬКО сейчас!

(Лицензия на осуществление образовательной деятельности № 5201 выдана ООО "Инфоурок")

ИнфоурокФизикаДругие методич. материалыРабота физического практикума "Измерение скорости звука"

Работа физического практикума "Измерение скорости звука"

библиотека
материалов
Скачать материал целиком можно бесплатно по ссылке внизу страницы.

hello_html_m60de4e74.gifhello_html_68085aad.gifhello_html_m4fde050e.gifhello_html_6a934d62.gifРабота практикума «Измерение скорости звука методом стоячих волн».


В 10 классе при изучении физики на профильном уровне желательно выделить время для проведения физического практикума. Это позволяет не только повторить соответствующий теоретический материал, но и, что гораздо важнее, продолжить формирование исследовательских навыков.

Одной из таких работ может стать измерение скорости звука одним из лабораторных методов. Работа достаточно проста и по содержанию, и по выполнению, не требует большого времени для проведения вычислений, но даёт довольно точные результаты.

Установка для проведения работы была изготовлена и опробована учащимся 11 класса МБОУ «Митяевская средняя школа» Сакского района Республики Крым Головко Русланом. Основной её частью является списанная трубка Ньютона. Внешний вид установки показан на фотографии.


C:\Users\ADMIN\Desktop\IMG_1882.jpg


Кроме трубки используются генератор звуковой школьный и динамик из радиотехнического набора. Лучше всего на установке прослушиваются пучности стоячих волн, а не узлы. Можно усовершенствовать установку, применяя для обнаружения пучностей и узлов микрофон, усилитель и осциллограф школьный или любой чувствительный стрелочный индикатор.



Цель: Измерить скорость звука в воздухе, используя метод стоячей волны.

Оборудование: Установка для измерения скорости звука в воздухе методом стоячей волны, генератор звуковой школьный.


Содержание и метод выполнения работы.

Рассмотрим процесс установившихся звуковых колебаний в закрытой с обоих концов трубе. Пусть один из концов круглой трубы является излучающей мембраной, а второй закрыт поршнем, как показано на рисунке:


0 X


Мембрана Поршень

Пусть мембрана совершает гармонические колебания по закону y =A hello_html_m54286900.gif,

где А – амплитуда колебаний, а ω – циклическая частота. В этом случае в направлении оси X будет распространяться бегущая волна, уравнение которой имеет вид:

y1(t,x) = Ahello_html_1c519ff7.gif

где k – волновое число, равное k = hello_html_m3c399443.gif, λ – длина звуковой волны.

При отражении от поршня в направлении против оси X будет распространяться отражённая волна, описываемая уравнением:

y2(t,x) = Ahello_html_7ce5c80e.gif

По принципу суперпозиции результирующее колебание будет определяться суммой амплитуд падающей и отражённой волн:

y(t,x) = y1 + y2

Подставляя сюда выражения для амплитуд падающей и отражённой волн и используя формулу суммы синусов, получим для амплитуды результирующих колебаний выражение:

y(t,x) = A0(x)hello_html_m54286900.gif,

где А0(x) – амплитуда результирующей волны, которая зависит только от координаты, но не зависит от времени. Такая волна и называется стоячей.

A0 = 2Ahello_html_m6d6e236e.gif

В распределении амплитуды стоячей волны возможны два случая.

1.Существуют точки xn, для которых hello_html_m6d6e236e.gifn = 0. Решение этого тригонометрического уравнения даёт: kxn = (2n + 1)hello_html_50661fa5.gif, n = 0,1,2,… Эти особые точки, в которых амплитуда равна нулю, называются узлами стоячей волны. Нетрудно видеть, что расстояние между соседними узлами равно половине длины волны.

2.Амплитуда стоячей волны максимальна в других особых точках xm, для которых hello_html_m6d6e236e.gifm = ±1, откуда kxm = , m = 0,1,2,… Эти точки расположены в середине между узлами и называются пучностями стоячей волны. Расстояния между соседними пучностями также равны λ/2.

Узлы и пучности чередуются вдоль трубы и располагаются на расстояниях λ/4 друг от друга.

Определение скорости звука v в данной работе методом стоячей волны основанео на использовании её связи с частотой ν и длиной волны λ:

v = λν (1)

Частота волны задаётся генератором, возбуждающим мембрану. Для измерения длины волны используется основное свойство стоячих волн – однозначная связь взаимного расположения особых точек (узлов и пучностей) с длиной волны λ.

Перемещая поршень вдоль трубы, определяем расстояние между соседними пучностями (усилениями звука) или узлами (ослаблениями звука). По этим данным вычисляем длину волны и, используя значение частоты генератора, находим по формуле (1) скорость звука.


Порядок выполнения работы.

1.Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

ν, Гц

Координаты

пучностей

Расстояние

между соседними пучностями

Среднее

значение

Δx, м

Длина

волны

λ, м

Скорость

звука

v, м/с

Среднее

значение

vср, м/с

Отно-

ситель-

ная погреш-

ность

ε, %


x1, м

x2, м

x3, м

Δx1

Δx2






1

1000











2

1250










2.Подключите установку для измерения скорости звука к звуковому генератору, установите нужную частоту (переключатель множителя должен находиться в положении «10») и установите рукоятку громкости в максимальное положение.

3.Плавно перемещая поршень вправо, определить по измерительной ленте три положения, при которых громкость звука становится наибольшей (x1, x2, x3). Это и есть пучности стоячей волны.

4.Определите расстояния между соседними пучностями Δx1 = x2x1,

Δx2 = x3x2 и найдите среднее значение Δx = hello_html_23c3597f.gif .

5.Вычислите длину звуковой волны λ = 2 Δx и скорость звука по формуле (1).

6.Повторите опыты с другим значением частоты и вычислите среднее значение скорости звука vср = hello_html_m25cdc3f1.gif .

7.Найдите в справочнике значение скорости звука в воздухе при данной температуре vтаб и определите относительную погрешность измерения по формуле

ε = hello_html_m3cb95f47.gif ×100%



5


Общая информация

Номер материала: ДВ-014274

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
Курс профессиональной переподготовки «Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Интеллектуальная собственность: авторское право, патенты, товарные знаки, бренды»
Курс повышения квалификации «Основы управления проектами в условиях реализации ФГОС»
Курс повышения квалификации «Экономика и право: налоги и налогообложение»
Курс повышения квалификации «Введение в сетевые технологии»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по подбору и оценке персонала (рекрутинг)»
Курс повышения квалификации «Этика делового общения»
Курс повышения квалификации «Разработка бизнес-плана и анализ инвестиционных проектов»
Курс повышения квалификации «Основы менеджмента в туризме»
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
Курс повышения квалификации «Мировая экономика и международные экономические отношения»
Курс профессиональной переподготовки «Организация системы менеджмента транспортных услуг в туризме»
Курс профессиональной переподготовки «Информационная поддержка бизнес-процессов в организации»
Курс профессиональной переподготовки «Управление корпоративной информационной безопасностью: Администрирование и эксплуатация аппаратно-программных средств защиты информации в компьютерных системах»

Благодарность за вклад в развитие крупнейшей онлайн-библиотеки методических разработок для учителей

Опубликуйте минимум 3 материала, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную благодарность

Сертификат о создании сайта

Добавьте минимум пять материалов, чтобы получить сертификат о создании сайта

Грамота за использование ИКТ в работе педагога

Опубликуйте минимум 10 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Свидетельство о представлении обобщённого педагогического опыта на Всероссийском уровне

Опубликуйте минимум 15 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данное cвидетельство

Грамота за высокий профессионализм, проявленный в процессе создания и развития собственного учительского сайта в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 20 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Грамота за активное участие в работе над повышением качества образования совместно с проектом "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 25 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную грамоту

Почётная грамота за научно-просветительскую и образовательную деятельность в рамках проекта "Инфоурок"

Опубликуйте минимум 40 материалов, чтобы БЕСПЛАТНО получить и скачать данную почётную грамоту

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.