Bài tập thí ngiệm số 4: Xác định bước sóng và vận tốc truyền âm trong không khí bằng phương pháp cộng hưởng sóng dừng | Vật lý đại cương I

Bài tập thí ngiệm số 4: Xác định bước sóng và vận tốc truyền âm trong không khí bằng phương pháp cộng hưởng sóng dừng | Vật lý đại cương I. Tài liệu được biên soạn giúp các bạn tham khảo, củng cố kiến thức, ôn tập và đạt kết quả cao kết thúc học phần. Mời các bạn đọc đón xem!

Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vt lý đại cương I
Tiến Lâm Vin V t lý k thu ật, ĐHBK Hà Nội
BÀI S 4
XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ V N T C TRUY N ÂM TRONG
KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG SÓNG D NG
Trường …………………………………………
Lớp ……………………Nhóm……………..
H tên …………………………………………
Xác nh n c ủa giáo viên hướng dn
I. M THÍ NGHI M ỤC ĐÍCH
Xác định bước sóng và v n t c truy n âm trong không khí b ằng phương pháp cộng hưởng sóng d ng.
II. KT QU THÍ NGHI M
1. Kh o sát hi ện tượ ộng hưởng c ng sóng d ng trong ng m u kín m u h ột đầ ột đầ
Bng 1 Nhi t đ phòng: = C T 28
o
Tn s âm: 𝒇
𝟏
= .𝟎 ± 𝟎.𝟏 𝟓𝟎𝟎 𝑯𝒛
Lần đo
L
1
(mm)
d L L
1
=
2
1
1
163
352
2
165
351
3
164
351
4
165
352
5
163
353
Trung b
Lần đo
L
1
(mm)
d L L
2
=
2
1
1
135
300
2
134
301
3
135
301
4
134
300
5
133
301
Trung bình
𝑑
2
= 𝟑𝟎𝟎.𝟔 𝑚𝑚
Tn s âm: 𝒇
𝟑
= .𝟎 ± 𝟎.𝟏 𝟕𝟎𝟎 𝑯𝒛
Lần đo
L
1
(mm)
d L L
3
=
2
1
1
112
253
2
113
252
3
115
252
4
113
251
5
112
251
Trung b
2. Kh o sát hi ện tượ ộng hưởng c ng sóng d ng trong u h ống hai đầ
Bng 2
Chiu dài ng L = 1000 1 (mm), điề ộng hưởu kin c ng: L = k
/2.
Lần đo
Tn s cộng hưởng f (Hz)
Mode cơ bản
Bc 1
Bc 2
Bc 3
Bc 4
1
165
335
502
671
832
2
168
336
504
673
833
3
167
335
503
673
832
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vt lý đại cương I
Tiến Lâm Vin V t lý k thu ật, ĐHBK Hà Nội
X LÝ S LIU
1. Kh o sát hi ện tượ ộng hưởng c ng sóng d ng trong ng m u kín m u h ột đầ ột đầ
1.1. Tính giá tr trung bình và sai s tuy t đ i của các bước sóng
a) T n s 𝑓
1
= 500 𝐻𝑧:
𝜆
1
= 2.𝑑
1
= 2.
351.8
1000
= 0.7036
(
𝑚
)
Δλ = 2.Δ𝑑 = 2. Δ𝑑
1 1
[
(
1
)
𝑑𝑐
+ Δ𝑑
1
= 2. (0.
] 002 +
0.6
1000
) = 0.0052
(
𝑚
)
suy ra: 𝝀
𝟏
= 𝝀
𝟏
± 𝚫𝝀 = 𝟎. ± 𝟎. 𝜆
𝟏
𝟕𝟎𝟑𝟔 𝟎𝟎𝟓𝟐 (𝒎) , hoc:
1
= 𝜆
1
± Δ𝜆 𝑚)
1
= 7036 52± (10
−4
b) T n s 𝑓
2
= 600 𝐻𝑧:
𝜆
2
= 2.𝑑
2
= 2.
300.6
1000
= 0.6012
(
𝑚
)
Δλ = 2. Δ𝑑 = 2.
2 2
[
(
Δ𝑑
2
)
𝑑𝑐
+ Δ𝑑
2
= 2. (0.002 +
]
0.5
1000
) = 0.0050
(
𝑚
)
suy ra: 𝝀
𝟐
= 𝝀
𝟐
± 𝚫𝝀 = 𝟎. ± 𝟎.
𝟐
𝟔𝟎𝟏𝟐 𝟎𝟎𝟓𝟎 (𝒎) , ho c: 𝜆
2
= 𝜆
2
± Δ𝜆 𝑚)
2
= 6012 50± (10
−4
c) T n s 𝑓
3
= 700 𝐻𝑧:
𝜆
3
= 2.𝑑
3
= 2.
251.8
1000
= 0.5036
(
𝑚
)
Δλ = 2. Δ𝑑 = 2.
3 3
[
Δ𝑑
3 𝑑𝑐
+ Δ𝑑
3
= 2. (0.002 +
]
1000
) = 0.0052 𝑚
suy ra: 𝝀
𝟐
= 𝝀
𝟐
± 𝚫𝝀 = 𝟎. ± 𝟎.
𝟐
𝟓𝟎𝟑𝟔 𝟎𝟎𝟓𝟐 (𝒎) , ho c: 𝜆
2
= 𝜆
2
± Δ𝜆 𝑚)
2
= 5036 52± (10
−4
V i
:
( )
Δ𝑑
𝑑𝑐
= Δ𝐿
1
+ Δ𝐿
2
= 0. + 0. = 0.001 001 002 (𝑚)
1.2. Tính sai s tương đối ca v n t c âm trong không khí
a) T n s 𝑓
1
= 500𝐻𝑧:
𝛿
1
=
Δ𝑣
1
𝑣
1
=
Δ𝜆
1
𝜆
1
+
Δ𝑓
1
𝑓
1
=
0.0052
0.
7036
+
0.1
500
= 0.0076 = 0.76
(
%
)
𝑣
1
= 𝜆
1
.𝑓
1
= 0.7036 500 351× = .8 (𝑚/𝑠)
0.76
suy ra: 𝑣
1
= 𝑣
1
± Δ𝑣
1
= .8 ± 2.7 (𝑚/𝑠)351
b) T n s 𝑓
2
= 600𝐻𝑧:
𝛿
2
=
Δ𝑣
2
𝑣
2
=
Δ𝜆
2
𝜆
2
+
Δ𝑓
2
𝑓
2
=
0.0050
0.
6012
+
0.1
600
= 0.0085 85= 0.
(
%
)
𝑣
2
= 𝜆
2
.𝑓
2
= 0.6012 × 600 360= .7 (𝑚/𝑠)
Δ𝑣 = 𝛿
2 2
. 𝑣
2
=
0.85
100
× 360.7 = 3.1 (𝑚/𝑠)
suy ra: 𝑣 = 𝑣
2 2
± Δ𝑣
2
= .7 ± 3.1 (𝑚/𝑠)360
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vt lý đại cương I
Tiến Lâm Vin V t lý k thu ật, ĐHBK Hà Nội
c) T n s 𝑓
3
= 700𝐻𝑧:
𝛿
3
=
Δ𝑣
3
𝑣
3
=
Δ𝜆
3
𝜆
3
+
Δ𝑓
3
𝑓
3
=
0.0052
0.
5036
+
0.1
700
= 0.010 = 1.0
(
%
)
𝑣
3
= 𝜆
3
.𝑓
3
= 0.5036 × 700 352= .5 (𝑚/𝑠)
Δ𝑣 = 𝛿
3 3
. 𝑣
3
=
1.0
100
× 352.5 = 3.5 (𝑚/𝑠)
suy ra: 𝑣 = 𝑣
3 3
± Δ𝑣
3
= .5 ± 3.5 (𝑚/𝑠)352
2. Nh n xét k t qu ế
Theo lý thuy t, v n t c truy n âm trong không khí ế đi u ki n áp su t 1 atm nhiệt độ T (
o
C) được xác định
b
i công th c: 𝑣 = 𝑣
𝐿𝑇 0
1 + ( 𝐶)𝛼𝑇
𝑜
vi 𝛼 =
1
273
độ
−1
𝑣
0
= 332 (𝑚/𝑠)v n t c sóng âm trong không khí
0
o
C.
a) Tính giá tr v n t c truy n sóng âm nhiệt độ phòng thí nghim:
𝑣 = 332
𝐿𝑇
1 +
1
273
.28 348= .6 (𝑚/𝑠)
b) So sánh các giá tr v n t c truy n sóng âm v
1
, v , v c t c nghi m v i lý thuy t v ng th
2 3
thu đượ th ế
LT
, đồ i
gii thích lý do n u có s sai khác nhau: ế
Các giá tr v n t c truy n sóng m v , v , v c t
1 2 3
thu đượ thc nghi so vm i lý thuy t v s sai ế
LT
khác nhau (v < v < v < v ), do là s n c a sai s . Bao g m, sai s d ng c , sai s
LT 1 3 2
xut hi
ngu nhiên, a các phân
t khí trong
3. Kh o sát hi ện tượ ộng hưởng c ng sóng d ng trong u h ống hai đầ
T bng 2, tính v n t c truy n âm trong không khí ng v ới mode cơ bản.
T công th c L = k
/2, với mode cơ bản (k = 1) ta có L =
/ 2
= 2L = 2.1 = 2 (m)
𝒇
=
𝒇
𝟏
+ 𝒇
𝟐
+ 𝒇
𝟑
𝟑
=
𝟏𝟔𝟓 𝟏𝟔𝟖 𝟏𝟔𝟕+ +
𝟑
= 𝟏𝟔𝟔.𝟕
(
𝑯𝒛
)
𝒗
= 𝝀.𝒇
= 𝟐 × 𝟏𝟔𝟔.𝟕 = 𝟑𝟑𝟑. 𝟒 (𝒎/𝒔)
𝚫𝒇 ;𝚫𝒇 ;𝚫𝒇 𝚫𝒇
𝟏
= 𝟏. 𝟕
(
𝑯𝒛
)
𝟐
= 𝟏.𝟑
(
𝑯𝒛
)
𝟑
= 𝟎.𝟑
(
𝑯𝒛
)
=
𝚫𝒇
𝟏
+ 𝚫𝒇
𝟐
+ 𝚫𝒇
𝟑
𝟑
=
𝟏.𝟕 + 𝟏.𝟑 + 𝟎.𝟑
𝟑
= 𝟏.𝟏(𝑯𝒛)
𝚫𝒇 = 𝚫𝒇
( )
𝒅𝒄
+ 𝚫𝒇
= 𝟎.𝟏 + 𝟏. 𝟏 = 𝟏.𝟐 ( (𝒎)𝑯𝒛); 𝚫𝝀 = 𝟐.𝚫𝑳 = 𝟐 × 𝟎. = 𝟎.𝟎𝟎𝟏 𝟎𝟎𝟐
𝜹 =
𝚫𝒗
𝒗
=
𝚫𝝀
+
𝚫𝒇
=
𝟎.𝟎𝟎𝟐
+
𝟏.𝟐
= 𝟎. 𝟎𝟎𝟖 = 𝟎.𝟖 𝚫𝒗 = 𝜹.𝒗
(
%
)
=
𝟎.𝟖
× 𝟑𝟑𝟑. 𝟒 = 𝟐. 𝟕 (𝒎/𝒔)
Vy: 𝒗 = 𝒗
± 𝚫𝒗 = 𝟑𝟑𝟑.𝟒 ± 𝟐. 𝟕 (𝒎/𝒔)
Chú ý: Tránh nh m l n gi a 𝝀,𝝀
𝒇,𝒇
trong các m c tính toán c a ph n 1 (1.1, 1.2) và 3.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
| 1/3

Preview text:

Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vật lý đại cương I BÀI S 4
XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ VN TC TRUYN ÂM TRONG
KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG SÓNG DN G
Xác nhn của giáo viên hướng dn
Trường …………………………………………
Lớp ……………………Nhóm……………..
Họ tên …………………………………………
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIM
Xác định bước sóng và vận tốc truyền âm trong không khí bằng phương pháp cộng hưởng sóng dừng .
II. KT QU THÍ NGHIM
1. Kho sát hiện tượng cộng hưởng sóng dng trong ng một đầu kín một đầu h Bng 1
Nhiệt độ phòng: T = 2 8 oC
Tn s âm: 𝒇𝟏 = 𝟓𝟎𝟎. 𝟎 ± 𝟎. 𝟏 𝑯𝒛 Lần đo L1 (mm) L2 (mm)
d1 = L2 – L1 d1 1 163 515 352 0.2 2 165 516 351 0.8 3 164 515 351 0.8 4 165 517 352 0.2 5 163 516 353 1.2 Trung b = 𝟎. 𝟔 𝑚𝑚 Lần đo L1 (mm) L2 (mm)
d2 = L2 – L1 d1 1 135 435 300 0.6 2 134 435 301 0.4 3 135 436 301 0.4 4 134 434 300 0.6 5 133 434 301 0.4 Trung bình
𝑑2 = 𝟑𝟎𝟎. 𝟔 𝑚𝑚 Δ𝑑
 2 = 𝟎.𝟓 𝑚𝑚
Tn s âm: 𝒇𝟑 = 𝟕𝟎𝟎. 𝟎 ± 𝟎. 𝟏 𝑯𝒛 Lần đo L1 (mm) L2 (mm)
d3 = L2 – L1 d1 1 112 365 253 1.2 2 113 365 252 0.2 3 115 367 252 0.2 4 113 364 251 0.8 5 112 363 251 0.8 Trung b = 𝟎. 𝟔 𝑚𝑚
2. Kho sát hiện tượng cộng hưởng sóng dng trong ống hai đầu h Bng 2
Chiều dài ống L = 1000  1 (mm), điều kiện cộng hưởng: L = k/2.
Tần số cộng hưởng f (Hz) Lần đo Mode cơ bản Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 Bậc 4 1 165 335 502 671 832 2 168 336 504 673 833 3 167 335 503 673 832
Vũ Tiến Lâm – Vin Vt lý k thuật, ĐHBK Hà Nội CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vật lý đại cương I
X LÝ S LIU
1. Kho sát hiện tượng cộng hưởng sóng dng trong ng một đầu kín một đầu h
1.1. Tính giá tr trung bình và sai s tuyệt đối của các bước sóng
a) Tần số 𝑓1 = 500 𝐻𝑧: 351.8
𝜆1 = 2. 𝑑1 = 2. 1000 = 0.7036 (𝑚) 0.6
Δλ1 = 2. Δ𝑑1 = 2. [(Δ𝑑1)𝑑𝑐 + Δ𝑑
 1 ] = 2.(0.002 + 1000) = 0.0052 (𝑚) suy ra: 𝝀  
𝟏 = 𝝀𝟏 ± 𝚫𝝀𝟏 = 𝟎. 𝟕𝟎𝟑𝟔 ± 𝟎. 𝟎𝟎𝟓𝟐 (𝒎) , hoặc: 𝜆1 = 𝜆1± Δ𝜆1 = 7036 ± 52 (10−4𝑚)
b) Tần số 𝑓2 = 600 𝐻𝑧: 300.6 𝜆 
2 = 2. 𝑑2 = 2. 1000 = 0.6012 (𝑚) 0.5
Δλ2 = 2. Δ𝑑2 = 2. [(Δ𝑑2)𝑑𝑐 + Δ𝑑
2 ] = 2.(0.002 + 1000) = 0.0050 (𝑚) suy ra: 𝝀𝟐 = 𝝀𝟐
 ± 𝚫𝝀𝟐 = 𝟎.𝟔𝟎𝟏𝟐 ± 𝟎.𝟎𝟎𝟓𝟎 (𝒎) , hoặc: 𝜆2 = 𝜆2± Δ𝜆2 = 6012 ± 50 (10−4𝑚)
c) Tần số 𝑓3 = 700 𝐻𝑧: 𝜆 251.8 3
 = 2.𝑑3 = 2. 1000 = 0.5036 (𝑚)
Δλ3 = 2. Δ𝑑3 = 2. [ Δ𝑑3 𝑑𝑐 + Δ𝑑3 ] = 2. (0.002 + 1000) = 0.0052 𝑚 suy ra: 𝝀𝟐 = 𝝀𝟐
 ± 𝚫𝝀𝟐 = 𝟎.𝟓𝟎𝟑𝟔 ± 𝟎.𝟎𝟎𝟓𝟐 (𝒎) , hoặc: 𝜆2 = 𝜆2± Δ𝜆2 = 5036 ± 52 (10−4𝑚)
Vi: (Δ𝑑)𝑑𝑐 = Δ𝐿1 + Δ𝐿2 = 0.001 + 0.001 = 0.002 (𝑚)
1.2. Tính sai s tương đối ca vn tc âm trong không khí
a) Tần số 𝑓1 = 500𝐻𝑧: Δ𝑣 Δ𝜆 Δ𝑓 0.0052 0.1 𝛿 1 1 1 1 = 𝑣 = 1  = 𝜆 + 1 𝑓1
0.7036 + 500 = 0.0076 = 0.76 (%)
𝑣1 = 𝜆1.𝑓1 = 0.7036 × 500 = 351.8 (𝑚/𝑠) 0.76 suy ra: 𝑣1 = 𝑣1
 ± Δ𝑣1 = 351.8 ± 2.7 (𝑚/𝑠)
b) Tần số 𝑓2 = 600𝐻𝑧: Δ𝑣 Δ𝜆 Δ𝑓 0.0050 0.1 𝛿 2 2 2 2 = 𝑣 = = 0. (%) 2  = 𝜆2 + 𝑓2 0.6012 + 600 = 0.0085 85
𝑣2 = 𝜆2.𝑓2 = 0.6012 × 600 = 360.7 (𝑚/𝑠) Δ𝑣 0.85 2 = 𝛿2. 𝑣2
 = 100 × 360.7 = 3.1 (𝑚/𝑠)
suy ra: 𝑣2 = 𝑣2 ± Δ𝑣2 = 360.7 ± 3.1 (𝑚/𝑠)
Vũ Tiến Lâm – Vin Vt lý k thuật, ĐHBK Hà Nội CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt
Mu x lý s liu báo cáo Thí nghim Vật lý đại cương I
c) Tần số 𝑓3 = 700𝐻𝑧: Δ𝑣 Δ𝜆 Δ𝑓 0.0052 0.1 𝛿 3 3 3 3 = 𝑣 = 3  = 𝜆3 + 𝑓3
0.5036 + 700 = 0.010 = 1.0 (%) 𝑣  3
 = 𝜆3.𝑓3 = 0.5036 × 700 = 352.5 (𝑚/𝑠) 1.0
Δ𝑣3 = 𝛿3. 𝑣3 = 100× 352.5 = 3.5 (𝑚/𝑠)
suy ra: 𝑣3 = 𝑣3 ± Δ𝑣3 = 352.5 ± 3.5 (𝑚/𝑠)
2. Nhn xét kết qu
Theo lý thuyết, vận tốc truyền âm trong không khí ở đ ề
i u kiện áp suất 1 atm và nhiệt độ T (oC) được xác định
bởi công thức: 𝑣𝐿𝑇 = 𝑣0√1 + 𝛼 (
𝑇 𝑜𝐶) với 𝛼 = 1 độ−1 và 𝑣 ậ ố 273
0 = 332 (𝑚/𝑠) là v n t c sóng âm trong không khí ở 0oC .
a) Tính giá tr vn tc truyn sóng âm nhiệt độ phòng thí nghim: 1
𝑣𝐿𝑇 = 332√1 + 273.28 = 348.6 (𝑚/𝑠)
b) So sánh các giá tr vn tc truyn sóng âm v1, v2, v3 thu được t thc nghim vi lý thuyết vLT, đồng thi
gi
i thích lý do nếu có s sai khác nhau:
Các giá tr vn tc truyn sóng m v1, v2, v3 thu được t thc nghim so vi lý thuyết vL
T có s sai khác nhau (vL
T < v1 < v3 < v2), lý do là có s xut hin ca sai s. Bao gm, sai s dng c, sai s
ngu nhiên,a các phân
t khí trong
3. Kho sát hiện tượng cộng hưởng sóng dng trong ống hai đầu h
Từ bảng 2, tính vận tốc truyền âm trong không khí ứng với mode cơ bản.
T công thc L = k/2, với mode cơ bản (k = 1) ta có L = / 2 = 2L = 2.1 = 2 (m) 𝒇
𝟏𝟔𝟓 + 𝟏𝟔𝟖 + 𝟏𝟔𝟕
𝒇 = 𝟏 + 𝒇𝟐 + 𝒇𝟑 𝟑 = 𝟑
= 𝟏𝟔𝟔.𝟕 (𝑯𝒛) → 𝒗
 = 𝝀. 𝒇 = 𝟐 × 𝟏𝟔𝟔. 𝟕 = 𝟑𝟑𝟑. 𝟒 (𝒎/𝒔) 𝚫𝒇 𝚫𝒇
𝟏 + 𝚫𝒇𝟐 + 𝚫𝒇𝟑
𝟏. 𝟕 + 𝟏. 𝟑 + 𝟎. 𝟑
𝟏 = 𝟏. 𝟕 (𝑯𝒛); 𝚫𝒇𝟐 = 𝟏. 𝟑 (𝑯𝒛); 𝚫𝒇𝟑 = 𝟎. 𝟑 (𝑯𝒛) →𝚫𝒇  = 𝟑 = 𝟑
= 𝟏. 𝟏(𝑯𝒛)
𝚫𝒇 = (𝚫𝒇)𝒅𝒄 + 𝚫𝒇
 = 𝟎.𝟏 + 𝟏. 𝟏 = 𝟏.𝟐 (𝑯𝒛); 𝚫𝝀 = 𝟐.𝚫𝑳 = 𝟐 × 𝟎.𝟎𝟎𝟏 = 𝟎.𝟎𝟎𝟐 (𝒎) 𝚫𝒗 𝚫𝝀 𝚫𝒇 𝟎. 𝟎𝟎𝟐 𝟏. 𝟐 𝟎. 𝟖 𝜹 = 𝒗 = + = +
= 𝟎. 𝟎𝟎𝟖 = 𝟎. 𝟖(%) → 𝚫𝒗 = 𝜹. 𝒗 =
× 𝟑𝟑𝟑. 𝟒 = 𝟐. 𝟕 (𝒎/𝒔)
Vy: 𝒗 = 𝒗
 ± 𝚫𝒗 = 𝟑𝟑𝟑. 𝟒 ± 𝟐. 𝟕 (𝒎/𝒔)
Chú ý: Tránh nhm ln gia 𝝀, 𝝀𝒇, 𝒇 trong các mc tính toán ca phn 1 (1.1, 1.2) và 3.
Vũ Tiến Lâm – Vin Vt lý k thuật, ĐHBK Hà Nội CuuDuongThanCong.com
https://fb.com/tailieudientucntt