声速测量实验

沈 飞，刘雪芳

（灌南高级中学，江苏灌南222500）

声速测量实验

沈 飞，刘雪芳

（灌南高级中学，江苏灌南222500）

介绍了2个有趣的测量声速的实验：在室内，采用驻波法结合电脑来测量声速；在室外，利用不同的传播途径结合电脑来测量声速.2个实验可以让学生直接参与实验操作，激发了学生学习的兴趣.

声速；驻波；时间

1 引 言

物理是以实验为基础的学科.设计简单、有趣的课外小实验，可以丰富学习内容，开发学生智力，培养观察能力和动手操作能力.而声速是物理中常用的物理量，声速的测定能让学生更直观地接触实验操作.以下2个实验正是以此为目的设计的.

2 室内测声速

2.1 实验原理

在室内，采用驻波法测量声速.实验示意如图1所示，使上方的音箱发出特定已知频率声波，声波在管内的水面处产生部分反射，形成驻波.原理如图2所示.

图1 实验示意图

图2 实验原理图

将耳朵靠近管口，并竖直调节管插入水中的深度，寻找声音最大点，如图2最上端的波腹处，这就是振动加强点.再次调节管的深度，测量连续2个振动加强点的管的深度差ΔL.而ΔL恰好等于半波长，即

因为已知声波频率f，ΔL可由读数标尺测得.而

由（1）和（2）式得

故实验内容即是测量在不同频率声波下ΔL值.

2.2 实验材料及实验步骤

1）创建声音文件.利用电脑软件创建1组频率声音信号，频率分别为：1.6，2.0，2.4，2.8，3.2，3.6，4.0，4.4kHz.

2）将水桶装约4／5的水.

3）在电脑上播放创建的声音文件.

4）将管插入水中，耳朵靠近管口.缓慢调节管插入水中的深度，确认声强最大，这是共振加强点1，在管外壁记录标度1位置.保持耳朵离管口距离，再次调节管的深度，当再次确认声强最大时，在管外壁记录标度2位置.用米尺测量2个标度点距离，并记录在表中.

5）依次播放其余声音文件，并记录对应频率下的ΔL值.

2.3 数据记录及数据处理

实验测得数据及计算数据见表1.由表1作图如图3所示，由此可得出ΔL与1／f直线方程：

表1 实验数据

图3 ΔL－f－1图像

通过计算可以获得声音的速度.在室温下测得声音速度是342m／s.

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2.4 注意事项

1）播放音频文件时声音不能太大，避免影响寻找加强点.

2）由于声强最大点不容易准确确定，可以寻找多个最强点间距离取其平均值，以减小误差.

3）频率越高，相对误差越大.建议选取低频率进行实验.

2.5 总结与思考

该实验在不同环境下多次实验，发现相对偏差基本在5%内.该实验简单、实用，可由学生独立完成，能激发学生的动手能力，培养学生的学习兴趣.

3 室外测声速

3.1 实验原理

分析已知距离下，不同传播渠道声音的时间差，得到声速.实验内容为录制对讲机和空气中声音信号.

3.2 实验材料及实验步骤

实验材料：发令枪，录音笔，对讲机，电脑.

实验步骤：

1）在操场跑道上选定100m的距离.

2）将对讲机分别放置在跑道两端.其中跑道一端放置发令枪，另一端放置录音笔.

3）在跑道的一端学生将录音笔紧靠在对讲机处，并开始录音，同时给另一端持发令枪的学生信号，示意鸣枪.

4）持有发令枪学生将发令枪靠近对讲机，并且鸣枪.

5）持有录音笔的学生听到分别从对讲机和空气中传来的信号后，关闭录音笔.

6）重复实验2次.

3.3 数据处理

由于声音信号经过对讲机被转换成电磁波信号，在100m距离传播时间忽略不计.在跑道另一端得到的2个声音的时间差值，就是声音在空气中传播的时间.

在电脑上用“音频混音剪辑大师”软件打开录音文件，去掉开始和结尾多余部分，分析具有相同频率和波形的数据，得到如图4所示的数据图像，选择2个声强最大值（如图5），可以得到时间间隔为0.301s，这就是声音在100m距离传播的时间，由此可计算出声速为

图4 数据图像

图5 选择数据最大的2个值的图像

3.4 总结与思考

操作时应选择无噪音、无建筑物场所，避免噪音和反射音波形造成影响.实验测量值和标准值相差很小.此实验也可测量声音的传播时间来计算两地距离.本实验必须由多人室外合作完成，这可以活跃课外学习气氛，激发学生学习的主动性和积极性，使其勤于思考，乐于实践.

4 结束语

通过以上2个课外小实验，使学生所学知识在实践中得以应用，能培养其实践和实际应用能力.同时，实践应用也成为学生加深对知识的理解和记忆的最好方法，达到课堂实验教学所不能达到的教学效果，事半功倍；还可以培养学生的研究思维能力，提高物理教学质量.

［1］ 邢键，孙晶华.水中声速的测量［J］.物理实验，2011，31（1）：34－35.

［2］ 王开圣，赵志敏，刘小廷.声速测量实验原理讨论［J］.物理实验，2010，30（3）：25－28.

［3］ 张正康，周天赐，韩杰克，等.基于超声波干涉的峰谷法计算声速值及实验误差计算［J］.物理实验，2011，31（4）：42－45.

Experiments of measuring sound speed

SHEN Fei，LIU Xue－fang
（Guannan Senior High School，Guannan 222500，China）

Two interesting experiments of measuring sound speed were introduced.In the first indoor experiment，the sound speed was measured with computer－aided standing wave method；in the second outdoor experiment，the sound speed was measured with different routes of transmission assisted by computer.The practice showed that the two experiments were interesting and feasible，and students could join in both of two experiments.It stimulated students’interests in learning.

sound speed；standing wave；time

G633.7

A

1005－4642（2012）10－0017－03

［责任编辑：尹冬梅］

2012－06－01

沈 飞（1979－），男，江苏连云港人，灌南高级中学一级教师，学士，从事中学物理教学工作.