Giải Vật lí 11 Bài 15 (Kết nối tri thức): Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

Giải bài tập Vật lí 11 Bài 15: Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

Giải Vật lí 11trang 58

Khởi động trang 58 Vật Lí 11: 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?

Lời giải:

Có nhiều cách để đo tốc độ truyền âm.

- Cách 1: Có thể thả rơi 1 vật xuống một giếng cạn, đo thời gian từ lúc thả rơi đến khi nghe thấy âm thanh từ dưới giếng phản xạ lại. Đo độ sâu của giếng và kết hợp với thời gian đo được (thời gian rơi + thời gian truyền âm) là sẽ tính được tốc độ truyền âm.

- Cách 2: Sử dụng dụng cụ thí nghiệm đo tốc độ truyền âm như hình dưới:

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động trang 58 Vật Lí 11: 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 dần 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?

Lời giải:

Hiện tượng xảy ra trong ống thuỷ tinh là sóng dừng.

a) Khi pít-tông di chuyển, độ to của âm thanh nghe được sẽ thay đổi liên tục, có lúc to, có lúc rất nhỏ (hoặc không nghe thấy gì). Khi chúng ta nghe thấy to có nghĩa là tại đó đang có giao thoa với biên độ cực đại (hay bụng sóng), khi âm thanh rất nhỏ hoặc không nghe thấy là tại đó đang có giao thoa cực tiểu (nút sóng).

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 bước sóng. Vì khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của cực đại giao thoa bằng nửa bước sóng. Từ đó ta xác định được bước sóng của âm.

c) Để đo được tốc độ truyền âm ta cần xác định thêm đại lượng chu kì (tần số) dựa trên đồ thị xuất hiện ở máy phát tần số.

IV. Kết quả thí nghiệm

Giải Vật lí 11trang 59

Thí nghiệm trang 59 Vật Lí 11:

Lời giải:

Tần số nguồn âm $f=100\pm 0Hz$

Chiều dài cột không khí khi âm to nhất (cm)	Lần 1	Lần 2	Lần 3	Giá trị trung bình ($\mathcal{l}$)	Sai số $∆\mathcal{l}$
${\mathcal{l}}_1$	255	253	257	255	1,33
${\mathcal{l}}_2$	425	424	426	425	0,67

Sử dụng công thức tính giá trị trung bình: $\overline{\mathcal{l}}=\frac{{\mathcal{l}}_1+{\mathcal{l}}_2+{\mathcal{l}}_3}{3}$

Sai số $\Delta \mathcal{l}=\overline{\Delta \mathcal{l}}+\Delta {\mathcal{l}}_{dc}$ với $\overline{\Delta \mathcal{l}}=\frac{\Delta {\mathcal{l}}_1+\Delta {\mathcal{l}}_2+\Delta {\mathcal{l}}_3}{3}$ và $\Delta {\mathcal{l}}_{dc}=0$

Hoạt động trang 59 Vật Lí 11:Xử lí kết quả thí nghiệm

a) Tính chiều dài cột không khí giữa hai vị trí của pít-tông khi âm to nhất $d={\mathcal{l}}_2-{\mathcal{l}}_1=?$

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 sao không xác định tốc độ truyền âm qua ${\mathcal{l}}_1,{\mathcal{l}}_2$ mà cần xác định qua ${\mathcal{l}}_2-{\mathcal{l}}_1$.

Lời giải:

a, b) Bảng kết quả

Chiều dài cột không khí khi âm to nhất	Lần 1	Lần 2	Lần 3
${\mathcal{l}}_1$	2,55 m	2,53 m	2,57 m
${\mathcal{l}}_2$	4,25 m	4,24 m	4,26 m
$d={\mathcal{l}}_2-{\mathcal{l}}_1$	1,70 m	1,71 m	1,69 m
$v=\lambda .f=2df$	340 m/s	342 m/s	338 m/s

c) $\overline{v}=\frac{v_1+v_2+v_3}{3}=340m/s$; $\overline{d}=\frac{d_1+d_2+d_3}{3}=\mathrm{1,7}m$

$\overline{\Delta v}=\frac{\Delta v_1+\Delta v_2+\Delta v_3}{3}=\mathrm{1,33}$; $\overline{\Delta d}=\frac{\Delta d_1+\Delta d_2+\Delta d_3}{3}=\mathrm{0,67}$

$\Delta v=\overline{\Delta v}+\Delta v_{dc}=\mathrm{1,33}$; $\Delta d=\overline{\Delta d}+\Delta d_{dc}=\mathrm{0,67}$

$\delta v=\delta d+\delta f=\frac{\Delta d}{\overline{d}}+\frac{\Delta f}{\overline{f}}=\frac{\mathrm{0,67}}{\mathrm{1,7}}+\frac{0}{100}=\mathrm{0,394}$

d) Đo tốc độ truyền âm qua ${\mathcal{l}}_2-{\mathcal{l}}_1$ vì độ thay đổi độ dài sẽ gián tiếp tính được bước sóng từ đó dễ dàng xác định được tốc độ. Nếu chúng ta xác định thông qua ${\mathcal{l}}_1,{\mathcal{l}}_2$ thì cần phải xác định được số bụng sóng, số nút sóng mà điều đó thì rất khó xác định vì không nhìn được bằng mắt thường đối với sóng dừng của không khí.

Em có thể trang 59 Vật Lí 11: Chế tạo chiếc đàn K’lông pút bằng các ống nứa hoặc ống nhựa rỗng, có độ dài khác nhau và có thể phát ra được âm có tần số bằng tần số các nốt nhạc cơ bản.

Lời giải:

Cấu tạo của đàn K'lông pút dân gian có từ 2 đến 5 ống nứa rỗng loại lớn, dài ngắn khác nhau. Ống ngắn nhất từ 60 đến 70 cm, ống dài nhất từ 110 đến 120 cm. Đường kính ống từ 5 đến 8 cm. Những ống này xếp thanh một hàng trên giá, các đầu ống xếp bằng nhau ở một bên, còn bên kia có đường xéo vì xếp theo thứ tự từ ống ngắn nhất đến ống dài nhất. K’lông pút dân gian có âm vực từ nốt đô của khóa fa đến nốt sol của khóa sol.

Đàn K’lông pút cải tiến có thêm một số ống bổ sung, sắp xếp thành hàng trên những ống của loại K’lông pút bình thường, hoặc xen kẽ mới những ống cũ. Do đó loại cải tiến có âm vực từ 2 quãng tám trở lên, tính từ nốt sol của khóa fa đến nốt sol của khóa sol. Loại này có đủ các âm và nửa âm trong 2 quãng tám.

Các em quan sát hình ảnh đàn K’lông pút sau đó tự làm theo hình ảnh.

Lý thuyết Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

I. Dụng cụ thí nghiệm

- Ống trụ làm bằng thủy tinh hữu cơ trong suốt, có đường kính trong 40mm, dài 670mm, có độ chia 0÷660mm (1)

- Pít-tông làm bằng thép bọc nhựa, có vạch dấu, nối với dây kéo và ròng rọc, có thể di chuyển dễ dàng trong ống (2)

- Máy phát tần số phát ra tín hiệu có dạng sin (3)

- Một loa nhỏ (4)

- Giá đỡ ống trụ (5)

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

- Lắp ống trụ đã được lồng pít-tông ở trong ống lên giá đỡ, ghép loa sát đầu dưới của ống trụ

III. Tiến hành thí nghiệm

1. Điều chỉnh cho máy phát tần số đến giá trị 500 Hz

2. Dùng dây kéo pít-tông di chuyển trong ống thủy tinh, cho đến lúc âm thanh nghe được to nhất. Xác định vị trí âm thanh nghe được là lớn nhất lần 1. Đo chiều dài cột khí l₁. Thực hiện thao tác thêm 2 lần

3. Tiếp tục kéo pít-tông di chuyển trong ống thủy tinh, cho đến lúc lại nghe được âm thanh to nhất. Xác định vị trí của pít-tông mà âm thanh nghe được là to nhất lần 2. Đo chiều dài cột khí l₂. Thực hiện thêm 2 lần nữa

IV. Kết quả thí nghiệm