测量气体中的声速.pdf

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1、Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse蒁实验四测量气体中的声速莆莅【实验目的】1.2.薂测量室温下空气中的声速，确定有效距离S。3.4.蕿测量二氧化碳中的声速。5.6.螅测量氦氖中的声速。7.8.肅比较在不同气体中的声速。薃蚈【实验原理】蒈在气体中速度c有下列关系：K袅c（K：体积模量，ρ：密度）莁因为声波里压强的变化是绝热的，体积模量为肀Kpk（p:压强，k：绝热指数）袈因此，对于声速c，我们能说pk薆c（Ⅰ）蒂对于理想气体，有下列关系：cp膈k（cp、cv：气体热容量）（Ⅱ）cv莇在这个实验中我们测量空气中声音

2、脉冲的传播速度，因为群速和相速是一致的，所以这就是声速。声音的脉冲是由扬声器的膜的摇晃产生的；这种运动引起空气中压强的变化。声音脉冲是通过与扬声器一个指定距离的麦克风接收记录的。肂要测量声速c，我们要测量扬声器产生脉冲与麦克风记录脉冲的时间差t。因为扬声器产生脉冲的确切的原始点难以直接测得，所以要用两次测量法，一次麦克风放在S1点，另一次放在S2点。根据公式s薃cs

3、s1s2

4、t

5、t1t2

6、（Ⅲ）t薁通过这个公式我们能计算出有效的测量距离s，这个数值考虑了精确的开始和结束时间。螇sc.t（Ⅳ）螃在声音速度仪中，通过塑料管实现的屏蔽测量装置使外界因素的干扰降到最低。另外，这使我们能通过更换

7、不同的气体测量各气体中的声速。芁虿【实验装置】膆声音速度仪、扬声器、多功能麦克风、光盘（测量与计算）、变压器（12V,3.5A）、直流电源（约5V）、电池盒、基座（2个）、金属直尺、电脑（DOS3.3或更高）、温度感应器（镍铬－镍）、有一个输入端的数字温度计、线圈、硅树脂管（1个）、调节阀门（1个）、二氧化碳、氦、氖压缩罐（各1瓶）薃莂【仪器连接】1.2.螈在管盖处的塞钉连接加热器与塑料管，并将扬声器放在另一端使管密封。3.4.薅将麦克风从盖（a）中间的洞插进去约1cm，并与塑料管成一直线，使之移动时仍与管保持平行。将麦克风的波形打到方波处（如上图所示），并打开。5.6.芃插上时间盒与温

8、度盒的电源，并将电路如上图所示连接；将电池正极连接到扬声器的黑孔上，负极经过继电器接扬声器的黄孔（如果接反了，实验结果与实际不符，因为开始时间与结束时间换了）。蒄膀【实验内容及步骤】肅开启CASSY的“MeasuringandEvaluating”，选择“Stopclock”模块，并用主菜单指向“Selecttime/edges”，进入下面的设置，并按“Enter”确定：1.2.肄点击“Measuretotaltimet”,这使软件转向“Measureedgetimedt”.3.4.芁“Selectedgetimerange”:“Timemeasurementinms”<

9、CR>5.6.芈“Start/stopedges”螈“StartatE”螄“NegativeedgeatE”节“StopatE/F”,“NegativeedgeatF”.蚁a)b)膇在室温下测量薄注意：为使实验数据更精确，在每个传播时间要重复多测几次。肀－在“Stopclock”板块建立一个容易读的实验记录，定义位置参数，符号为S,单位cm。蝿－按F1切换到测量屏面。薇－按F1开始传播时间为t1的实验，输入麦克风的位置作为参数，按结束实验来使扬声器重新启动。''芅－将麦克风移到S2的位置，从金属直尺上读出s

10、s1s2

11、

12、s1s2

13、膁－按F1开始传播

14、时间为t2的实验，输入参数，并按结束实验。袇－保存实验数据。c)d)羆测量二氧化碳中的声速羅注意：为避免因疏忽导致气体泄漏，在把阀门装到压缩罐前，将调节阀的阀轮（d）尽量向右旋转。膂－转动塑料管使软管螺纹接套正好处于一垂直线上。芀－将调节阀拧到装二氧化碳的压缩罐上。蒆－用硅树脂管连接调节阀和塑料管的底部的软管螺纹接套（b）（这确保了几乎彻底的气体交换，因为流入的二氧化碳替代了从顶部软管螺纹接套流出的更轻的空气）。螆－将麦克风的位置退回s1，按F1切换到测量的屏幕。羀－通过测量在空气中传播时间t1，来确定麦克风的位置。若不正确要再次调整。莈－将二氧化碳装入塑料管。小心地打开调节阀直

15、到你能听到气体从罐中流出。袅－经过一次试测后，往塑料管中装更多地二氧化碳直到气体基本被彻底更换。蒆－按F1多次来测量传播时间t。肁－保存你的测量数据。e)f)蚁估算氦、氖中地声速薈注意：为避免因疏忽导致气体泄漏，在把阀门装到压缩罐前，将调节阀的阀轮（d）尽量向右旋转。羂－将调节阀拧到装氦的压缩罐上。肃－用硅树脂管连接调节阀和塑料管的顶部的软管螺纹接套（c）（这确保了几乎彻底的气体交换，因为流入的氦替代了从底部软管螺纹接套流出的更重的