Giải chi tiết Vật lí 11 kết nối mới bài 15: Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Âm thanh truyền trong một môi trường có tốc độ xác định, làm thế nào đo được tốc độ truyền âm trong không khí bằng dụng cụ thí nghiệm?

Hướng dẫn trả lời: 

Để đo tốc độ truyền sóng âm trong không khí ta dùng một âm thoa có tần số đã biết để kích thích dao động của một cột không khí trong một bình thủy tinh. Thay đổi độ cao của cột không khí trong bình bằng cách đổ dần nước vào bình. Khi chiều cao của cột không khí ở một độ cao xác định thì âm phát ra nghe to nhất. Tiếp tục đổ thêm dần nước vào bình cho đến khi lại nghe được âm to nhất. Xác định chiều cao của cột không khí lúc sau và tính được tốc độ truyền âm trong không khí.

I. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

II. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM

Hoạt động

Nối máy phát tần số với loa, bật công tắc nguồn của máy phát tần số, điều chỉnh biên độ và tần số để nghe rõ âm (hoặc dùng búa cao su gõ vào một nhánh của âm thoa), đồng thời dịch chuyển dẫn pít-tông ra xa loa. Trả lời câu hỏi sau:
a) Khi pít-tông di chuyển, độ to của âm thanh nghe được thay đổi như thế nào?
b) Khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của pít-tông mà âm thanh nghe được to nhất cho phép xác định đại lượng nào của sóng âm?
c) Cần đo đại lượng nào để tính được tốc độ truyền âm?

Hướng dẫn trả lời:

a) Khi pit-tông di chuyển, có những vị trí âm to nhất và vị trí không nghe thấy âm vì âm thanh phát ra và phản xạ trên pit-tông là hai sóng âm có cùng tần số nhưng truyền theo hai hướng ngược nhau và xuất hiện hiện tượng sóng dừng.

b) Khoảng cách giữa vị trí liên tiếp của pit-tông mà âm thanh to nhất cho biết khoảng cách giữa hai điểm sóng dừng có biên độ cực đại từ đó cho phép xác định bước sóng của sóng âm: $\lambda =2.\left | l_{1} -l_{2}\right |$.

c) Tạo sóng dừng bằng cách di chuyển pit-tông để độ dài cột không khí bằng số nguyên lần nửa bước sóng, đo khoảng cách giữa hai lần âm nghe to nhất, xác định tốc độ truyền âm trong không khí $v = 2df$.

III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Hoạt động

Xử lí kết quả thí nghiệm

a) Tính chiều dài cột không khí giữa hai vị trí của pít-tông khí âm to nhất $d = l_{2} - l_{1} =$?
b) Tính tốc độ truyền âm $v = \lambda .f =2df=$? 
c) Tính sai số $\delta v = \delta d + \delta f =?$
$\Delta v $=?
d) Giải thích tại không xác định tốc độ truyền âm qua $l_{1} l_{2}$ mà cần xác định qua $l_{2} - l_{1}$.

Hướng dẫn trả lời: 

Ví dụ kết quả thí nghiệm và cách xử lí số liệu:

• Với f = 500 Hz $ \pm$1 Hz

a) Chiều dài cột không khí giữa hai vị trí của pít-tông khí âm to nhất là: $d = l_{2} - l_{1} = 0,342 m$

Sai số :$\Delta l= \Delta l_{2}+\Delta l_{1} =0,008 (m)$

b) Tốc độ truyền âm: v=2df=2.0,342.500=342 m/s

c) Sai số: $\delta v=\delta d + \delta f = \frac{0,008}{0,342}.100$%$+\frac{1}{500}.100$%$=2,4$%

$\Delta v = 342 . 2,4$%$=8 m/s$

$v=342\pm 8 m/s$

d) Không xác định tốc độ truyền âm v qua $l_{1}, l_{2}$ mà cần xác định qua $l_{2} - l_{1}$ khoảng cách giữa hai bụng sóng và xác định được bước sóng vì sóng âm là sự lan truyền qua không khí còn các vị trí âm $l_{1}, l_{2}$ chỉ là vị trí của hai bụng sóng.