Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012
Рис. 2.4.3
1
Рис. 2.4.4
46
При повороте измерительного винта (рис. 2.4.4) штанга приемника смещается в горизонтальном направлении. Одно деление горизонтальной шкалы равно 1 мм, что соответствует двум полным оборотам винта. Число оборотов винта показано в окошке на корпусе винта.
ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Включить ультразвуковой генератор.
2.На мультиметре выставить режим ДС (прямой ток, кнопка справа вверху). Выбрать предел измерения 20V.
3.Провести измерения интенсивности стоячей волны в зависимости от положения приемника. Для этого следует перемещать приемник 3 с помощью винта 5. Интенсивность пропорциональна напряжению на вольтметре 6. Результаты измерений занести в
табл. 2.4.1, где xi – координата приемника по горизонтальной шкале 2 (на рис. 2.4.4); Ui – показания мультиметра, В. Измерения проводить до тех пор, пока не будет получено три четких максимума на графике зависимости U(x) (рис. 2.4.5).
Таблица 2.4.1
№ |
xi, мм |
Ui, В |
… |
… |
… |
4.По данным табл. 2.4.1 построить график U(x).
5.По графику U(x) определить длину волны ультразвука λ. Это следует сделать разными способами. Например, по двум соседним максимумам:
λ = 2 x1max − x2max .
Или по максимуму и минимуму интенсивности:
λ = 4 x1max − x2max .
Найти <λ>.
6. Рассчитать скорость распространения ультразвука по форму-
ле: V =
λ
ν.
Частота ультразвуковых волн указана в разделе «Описание установки».
Определить γ для воздуха с помощью формулы (2.4.4).
47
Рис. 2.4.5
7.Оценить погрешности Δλ методом Корнфельда. Для V и γ посчитать погрешности косвенных измерений.
8.Написать заключение. Сравнить полученное значение γ с табличным.
48
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Какая волна называется продольной?
2.Какой вид имеет волновое уравнение для плоской волны, распространяющейся вдоль оси x?
3.Как определить фазовую скорость волны по волновому уравнению?
4.Что такое стоячая волна?
5.Как определить координаты пучностей (узлов) стоячей вол-
ны?
6.Чему равно расстояние между соседними пучностями (узлами) стоячей волны?
7.Каким образом можно получить стоячую волну? Как ее получают в данной работе?
8.Нарисуйте график давления от координаты в звуковой волне в некоторый момент времени.
9.Опишите процедуру определения длины волны ультразвука
вданной работе.
10.Какопределить γдлявоздуха, знаядлинуволныультразвука?
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1.Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 4. Волны. Оптика: учебное пособие для втузов. М.: АСТ, Астрель, 2008.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 3. Молекулярная физика и термодинамика: учебное пособие для втузов. М.: АСТ: Астрель, 2005.
3.Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: учебное пособие для вузов. М.: Лаборатория базовых знаний, 2006.
4.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. Т. 1, 2.
М.: Дрофа, 2003, 2004.
5.Светозаров В.В. Элементарная обработка результатов измерения: учебное пособие. М.: МИФИ, 2005.
Дополнительная
1. Крауфорд Ф. Волны. М.: Наука, 1974.
49
Работа 2.5
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ «КОБРА 3»
Цель: определение звука в воздухе измерением времени прохождения звуковой волны
Оборудование: два металлических стержня, микрофон, основания для крепления стержня и микрофона, рулетка, усилительформирователь, соединительные провода, блок Cobra3, персональный компьютер.
ВВЕДЕНИЕ
Распространяющиеся в среде возмущения, переносящие энергию, называются волнами. При распространении волны в среде частицы самой среды не участвуют в поступательном движении. Они совершают колебания около положения своего равновесия. В зависимости от направления этих колебаний волны делят на продольные и поперечные. В поперечных волнах колебание частиц среды происходит перпендикулярно направлению распространения волны. В случае продольных волн имеют место колебания вдоль направления распространения волны.
Звуковая волна в газе – распространяющаяся в пространстве последовательность чередующихся областей сжатия и разрежения газа. Это продольная волна.
Идея, на которой основано измерение скорости звука в данной работе заключается в следующем. Измеряется время t, за которое звуковая волна проходит некоторое фиксированное расстояние L. Тогда скорость звука определяется по формуле
υ = Lt .
Следует учитывать, что скорость звука зависит от температуры воздуха. Эта зависимость выражается формулой
50