Trắc nghiệm Thực hành: Đo tốc độ truyền âm lớp 11 (có đúng sai, trả lời ngắn)

* *

Hướng dẫn giải

a) Trong thí nghiệm này, tốc độ truyền âm trong không khí có thể được đo thông qua hiện tượng sóng dừng.

b) Loa chỉ có vai trò là nguồn âm, không phải một đầu cố định khi xảy ra sóng dừng.

c) Tốc độ truyền âm trong không khí được xác định thông qua biểu thức $v = 2\Delta l.f$, với $\Delta l$ là khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp và $f$ là tần số âm.

d) Âm thanh ở môi trường xung quanh gây ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả thí nghiệm.

Hướng dẫn giải

a) Sóng âm truyền trong không khí là sóng dọc.

b) Tốc độ truyền âm trong không khí được tính theo công thức $v = \lambda f.$

c) Bước sóng không được đo trực tiếp. Thực hiện đo trực tiếp chiều cao cột khí tại hai vị trí liên tiếp mà pít-tông khi âm nghe được to nhất, từ đo suy ra bước sóng theo công thức ${l_2} - {l_1} = \frac{\lambda }{2} \Rightarrow \lambda = 2\left( {{l_2} - {l_1}} \right)$.

d) Sai số tỉ đối của tốc độ truyền âm phụ thuộc vào sai số tỉ đối của bước sóng và tần số theo công thức $\frac{{\Delta v}}{{\bar v}} = \frac{{\Delta \lambda }}{{\bar \lambda }} + \frac{{\Delta f}}{{\bar f}}$.

Hướng dẫn giải

a) Khi thực hiện phép đo, cần biên độ âm sao cho âm phát ra từ loa vừa đủ nghe.

b) Bước sóng được xác định bằng biểu thức$\lambda = 2\left( {{l_2} - {l_1}} \right)$.

c) Sai số tuyệt đối của bước sóng được tính bằng công thức $\Delta \lambda = 2\left( {\Delta {l_2} + \Delta {l_1}} \right)$.

d) Có thể thực hiện thí nghiệm với nhiều giá trị tần số khác nhau để tăng độ chính xác của kết quả thí nghiệm.

Hướng dẫn giải

$$\overline {{l_1}} = \frac{{7{,}4 + 7{,}1 + 6{,}9}}{3} = 7{,}13{\rm{ cm}}$$

$\overline {{l_2}} = \frac{{28{,}1 + 28{,}0 + 28{,}2}}{3} = 28{,}10{\rm{ cm}}$

$\bar \lambda = 2\left( {{{\bar l}_2} - {{\bar l}_1}} \right) = 2\left( {28{,}10 - 7{,}13} \right) = 41{,}94{\rm{ cm}}$.

$\bar v = \bar \lambda \bar f = 41{,}94.820 = 34390{,}8{\rm{ cm/s}} \approx 343{,}9{\rm{ m/s}}$.

$\overline {\Delta {l_1}} = \frac{{\left| {7{,}13 - 7{,}4} \right| + \left| {7{,}13 - 7{,}1} \right| + \left| {7{,}13 - 6{,}9} \right|}}{3} = 0{,}177{\rm{ cm}}$

$$\overline {\Delta {l_2}} = \frac{{\left| {28{,}10 - 28{,}1} \right| + \left| {28{,}10 - 28{,}0} \right| + \left| {28{,}10 - 28{,}2} \right|}}{3} = 0{,}067{\rm{ cm}}$$

Sai số dụng cụ: $\Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}05{\rm{ cm}}$$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\Delta {l_1} = \overline {\Delta {l_1}} + \Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}177 + 0{,}05 = 0{,}227{\rm{ cm}}\\\Delta {l_2} = \overline {\Delta {l_2}} + \Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}067 + 0{,}05 = 0{,}117{\rm{ cm}}\end{array} \right.$

$\Delta \lambda = 2\left( {\Delta {l_1} + \Delta {l_2}} \right) = 2\left( {0{,}227 + 0{,}117} \right) = 0{,}688{\rm{ cm}}$

$\frac{{\Delta \lambda }}{{\bar \lambda }} = \frac{{0{,}688}}{{41{,}940}} \approx 1{,}64\%$

$\frac{{\Delta v}}{{\bar v}} = \frac{{\Delta \lambda }}{{\bar \lambda }} + \frac{{\Delta f}}{{\bar f}} \Rightarrow \frac{{\Delta v}}{{343{,}9}} = \frac{{0{,}688}}{{41{,}940}} + \frac{1}{{820}} \Rightarrow \Delta v \approx 6{,}1{\rm{ m/s}}$

Kết quả: $v = \bar v + \Delta v = \left( {343{,}9 \pm 6{,}1} \right){\rm{ m/s}}$.

Hướng dẫn giải

a) Khi thực hiện thí nghiệm, cần đặt mắt thẳng và vuông góc với mặt thước đọc giá trị độ cao pít-tông.

b) Vị trí của pít-tông mà tại đó âm phát ra to nhất là bụng sóng.

c) $\overline {{l_1}} = \frac{{6{,}8 + 6{,}6 + 6{,}5}}{3} = 6{,}63{\rm{ cm}}$

$\overline {{l_2}} = \frac{{25{,}9 + 26{,}1 + 26{,}0}}{3} = 26{,}00{\rm{ cm}}$

$\overline {\Delta {l_1}} = \frac{{\left| {6{,}63 - 6{,}8} \right| + \left| {6{,}63 - 6{,}6} \right| + \left| {6{,}63 - 6{,}5} \right|}}{3} = 0{,}110{\rm{ cm}}$

$$\overline {\Delta {l_2}} = \frac{{\left| {26{,}00 - 25{,}9} \right| + \left| {26{,}00 - 26{,}1} \right| + \left| {26{,}00 - 26{,}0} \right|}}{3} = 0{,}067{\rm{ cm}}$$

Sai số dụng cụ: $\Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}05{\rm{ cm}}$$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\Delta {l_1} = \overline {\Delta {l_1}} + \Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}110 + 0{,}05 = 0{,}115{\rm{ cm}}\\\Delta {l_2} = \overline {\Delta {l_2}} + \Delta {l_{{\rm{dc}}}} = 0{,}067 + 0{,}05 = 0{,}117{\rm{ cm}}\end{array} \right.$

Sai số tuyệt đối của ${l_1}$ và ${l_2}$ hơn kém nhau một lượng $\left| {\Delta {l_1} - \Delta {l_2}} \right| = \left| {0{,}115 - 0{,}117} \right| = 0{,}002{\rm{ cm}}{\rm{.}}$

d) $\bar \lambda = 2\left( {{{\bar l}_2} - {{\bar l}_1}} \right) = 2\left( {26{,}00 - 6{,}63} \right) = 38{,}74{\rm{ cm}}$.

$\Delta \lambda = 2\left( {\Delta {l_1} + \Delta {l_2}} \right) = 2\left( {0{,}115 + 0{,}117} \right) = 0{,}464{\rm{ cm}}$

Sai số tỉ đối của phép đo tốc độ truyền âm $\frac{{\Delta v}}{{\bar v}} = \frac{{\Delta \lambda }}{{\bar \lambda }} + \frac{{\Delta f}}{{\bar f}} \Rightarrow \frac{{\Delta v}}{v} = \frac{{0{,}464}}{{38{,}74}} + \frac{1}{{900}} = 0{,}013 \approx 1{,}3\%$