Описание метода

 

Генератор звуковых волн ЗГ-2, соединенный с микрофоном, генерирует в последнем волны установленной на приборе частоты. Микрофон установлен в одном основании цилиндрической металлической трубки и служит местом (точкой) возникновения звуковых волн, распространяющихся далее по трубке. Другим основание цилиндра служит поверхность поршня. Перемещая поршень по трубке, мы меняем расстояние из формулы (8). Когда телефон по отношению к поршню (место отражения волны. т.е. начальный узел) занимает положение, соответствующее точке с максимальным (нулевым) значением амплитуды, мы слышим максимальную (нулевую) громкость звука.

Вопросы к допуску.

 

1. Что представляет собой стоячая волна? Как она образуется? Как ее длина волны связана с длиной исходной проходящей волны?

2. Какую область занимает стоячая волна в данном эксперименте?

3. Где начинается отраженная волна? Какова ее начальная фаза?

4. Запишите зависимость амплитуды колебания точки стоячей волны от ее расстояния до источника волн? Поясните входящие в формулу обозначения.

5. Как связана длина проходящей волны с расстоянием между соседними пучностями?

6. Чем определяется величина длины проходящей волны, исследуемой в опыте?

7. Чем нужно руководствоваться при выборе частоты звука на генераторе?

8. Каково условие максимальной слышимости звука в данном опыте? Сделать схематический чертеж взаимного расположения частей экспериментальной установки и рисунок соответствующей стоячей волны (подобно рис.1). Аналогично для момента отсутствия слышимости.

9. От чего зависит скорость звука в газе?

10. От чего зависит величина получаемого в нашем опыте значения скорости звука?

11. Привести и пояснить расчетные формулы для длины звуковой волны и для скорости звука, используемые в данной работе.

12. Выполнить задание 1.

13. Какая характеристика звука меняется при вращении ручки регулятора выходного напряжения?

Содержание экспериментальных заданий.

Задание 1. Изучение методики работы с генератором звуковым ГЗМ по техническому паспорту.

1) Сделать схематический чертеж внешнего вида генератора, с указанием основных переключателей, ручек и индикаторов с пояснениями их названия и назначения.

2) Изучить технические характеристики прибора на с.2 его техпаспорта.

3) Выписать в тетрадь формулу для расчета погрешности выдаваемой генератором частоты для диапазона от 200 до 2000 Гц (п.2.2).

4) Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации прибора. Выписать в тетрадь необходимые положения ручек управления перед включением.

5) Ознакомиться с пунктами 6.4.2. и 6.4.3. на с.12 из описания общей методики работы с прибором.

Задание 2. Нахождение длины звуковой волны по расстоянию между пучностями стоячей волны.

1) Включить звуковой генератор, соблюдая правила, усвоенные в задании 1.

2) Настроить генератор на выбранную частоту не менее 400 Гц. Записать установленное значение в тетрадь и вычислить инструментальную погрешность этого значения.

3) Придвинуть поршень к телефону и установить, вращая ручку регулятора выходного напряжения, достаточно слабую слышимость звука.

4) Медленно выдвигая поршень найти первое его положение, соответствующее максимальному усилению звука, поставить мелом отметку на оси поршня. Аналогично далее отметить положение поршня при втором и т.д. усилениях звука.

5) С помощью линейки измерить все расстояния между отметками на оси поршня с возможной точностью (2-3 мм). Записать результаты в таблицу.

№ п/п	Частота , Гц	, Гц	, м	, м	, м	, м
1.
2.
3.

 

6) Стереть все метки и повторить измерения заново не менее 3-х раз.

7) Вычислить среднее значение расстояний между пучностями стоячей волны.

8) Вычислить значение длины данной звуковой волны: .

9) Найти абсолютную погрешность этого значения как результата многократных измерений.

10) Не выключать и не менять частоты генератора для выполнения задания 3.

Задание 3. Нахождение длины звуковой волны по расстоянию между узлами стоячей волны.

1) Придвинуть поршень к телефону, не меняя условий опыта, установленных в задании 2. При этом слышимость звука слабая. На оси поршня поставить отметку на уровне открытого конца трубки.

2) Медленно выдвигая поршень найти первое среднее его положение, соответствующее максимальному ослаблению звука, поставить мелом отметку на оси поршня. Аналогично далее отметить положение поршня при втором и т.д. ослаблениях звука.

3) С помощью линейки измерить все расстояния между отметками на оси поршня с возможной точностью (2-3 мм). Записать результаты в таблицу.

№ п/п	Частота , Гц	, Гц	, м	, м	, м	, м
1.
2.
3.

4) Стереть все метки и повторить измерения заново не менее 3-х раз.

5) Вычислить среднее значение расстояний между узлами стоячей волны.

6) Вычислить значение длины данной звуковой волны: .

7) Найти абсолютную погрешность этого значения как результата многократных измерений.

Задание 4. Вычисление скорости звука.

1) Найти среднее значение длины звуковой волны выбранной частоты: .

2) Вычислить скорость распространения звука в воздухе при данной температуре: .

3) Вычислить относительную и абсолютную погрешности: , .

4) Отметить в тетради значение температуры воздуха в помещении: .

5) На основе формулы (8) вычислить значение скорости звука при нулевой температуре и сравнить с указанным там же ее известным значением.

6) Сделать вывод о степени совпадения значений скорости звука с учетом пределов допускаемой погрешности.

Задание 5. Исследование зависимости длины звуковой волны в воздухе от частоты источника звука.

1) Проделать все действия, указанные в задании 2, для 5 ^ти - 7 ^ми других значений частот генератора в пределах указанного диапазона частот. Т.е. получить набор соответствующих пар значений (), заполнив таблицу:

№п/п	1.	2.	3.	4.	5.	6.

2) Построить график зависимости .

3) Провести на графике прямую так, чтобы отмеченные точки лежали как можно ближе к ней (провести линейную аппроксимацию).

4) По графику определить тангенс угла наклона этой прямой к оси частот.

5) Сделать вывод о физическом смысле величины .

 

Вопросы к отчету:

 

1. Какие волны называют звуком? Каковы условия возникновения звуковых волн?

2. Что служит источником звуковых волн в данной работе?

3. Запишите уравнение прямой и отраженной звуковых волн. Исходя из условий данного опыта? Найдите сумму полученных равенств. Сравните с формулой (4).

4. Что называют силой звука?

5. Что понимают под скоростью звука? От чего она зависит?

6. Как скорость звука в воздухе связана с его температурой? В каких единицах измеряется температура в этой формуле?

7. Что понимают под модулем упругости среды в формуле (3)? Что представляет собой эта величина в случае, когда среда – газ (жидкость)?

8. В чем отличие условий вывода формул Ньютона и Лапласа для скорости звука? Распространение звука в какой среде здесь рассматривается (газ, жидкость, твердое тело)?

9. В данном опыте волна отражается от поршня, как от более плотной среду. Происходит ли вторичное отражение ее от открытого конца трубки?

10. Каковы основные источники погрешностей полученного результата?

 

 

Часть 2

 

Лабораторная работа № 2.1.

Изучение прямолинейного движения с помощью машины Атвуда.

 

Цель работы: экспериментальное изучение прямолинейного движения, определение мгновенной скорости и ускорения движущегося тела.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, набор грузов, электрический секундомер.