温度变化对声速之影响
声速与温度的关系
声速与温度的关系
声音的传播速度与温度是成正比的,在近地层中,当气温随高度增加而降低时,声音的传播速度随高度增加而减小,声音的射线就会向上弯曲;反之,当气温随高度增加而升高,声音的传播速度就会随高度增加而增加,声波射线呈向下弯曲状,给人的听觉就是“声音在下沉”。
声速与温度的关系声音的传播速度一般来说只跟介质有关,相同的介质在不同的条件下传播速度会有一些不同,但这都是科学研究的成果,也不必细究,下面有具体说声音与气温的关系.声音是发声体以声波的形式所进行的能量传播。
一般来说，声音传播的距离大或是速度慢，能量消耗就大，倘若声波的能量全部消耗在传播途中或是声波改变方向，人的耳朵就听不到声音了。
而声音传播的速度与弹性介质的种类和状况关系极大，通常说的声速每秒340米，其传播介质是15℃的标准空气。
事实上，我们身边的空气是不可能“标准”的，它的状况与各种气象要素的组合（也就是天气的状况）密不可分。
研究表明，声音的传播速度与温度是成正比的，在近地层中，当气温随高度增加而降低时，声音的传播速度随高度增加而减小，声音的射线就会向上弯曲（俗称“声音起飞了”）；反之，当气温随高度增加而升高，声音的传播速度就会随高度增加而增加，声波射线呈向下弯曲状，给人的听觉就是“声音在下沉”。
物理课探究音速的影响因素
物理课探究音速的影响因素音速，是声音传播的速度，通常情况下在空气中的传播速度为343米每秒。
然而，这个速度并非不变的，它受到多种因素的影响。
在物理课上，我们可以通过实验和理论分析来深入探究音速的影响因素。
本文将介绍一些重要的因素，以及它们是如何影响音速的。
**1. 温度的影响**温度是影响音速的一个主要因素。
声音在气体中的传播速度与气体的温度呈正比关系。
具体而言，当温度升高时，声音的传播速度也会增加，因为分子在高温下具有更大的平均动能，它们能够更快地传递声波。
这一现象可以用以下公式来表示：\[v = \sqrt{\frac{\gamma \cdot P}{\rho}}\]其中，v代表声速，γ代表绝热指数（气体的热容比），P代表气体的压强，ρ代表气体的密度。
由此可见，温度的升高会增加声速。
**2. 压强的影响**压强也对音速有一定的影响。
在大气中，气压随着海拔的升高而下降。
因此，当声音传播在不同海拔的地方时，气压的变化会导致音速的变化。
另外，压强对音速的影响可以通过理想气体定律来解释：\[P \cdot V = n \cdot R \cdot T\]其中，P代表气体的压强，V代表体积，n代表气体的摩尔数，R代表气体常数，T代表温度。
由此可见，压强和温度是相关的，因此压强的变化也会对音速产生影响。
**3. 气体种类的影响**不同种类的气体具有不同的绝热指数（γ），这也会影响它们的音速。
通常情况下，二氧化碳、氮气和氧气是我们生活中常见的气体，它们的绝热指数分别为1.4、1.4和1.4。
这意味着它们的音速在相同温度和压强下应该是相近的。
然而，当涉及到其他气体时，如氦气，它的绝热指数为1.67，因此在相同条件下，氦气的音速将高于常见气体。
**4. 湿度的影响**湿度是另一个影响音速的因素。
在含有水蒸气的空气中，声音传播速度会略有降低。
这是因为水蒸气的分子质量较大，它们会影响气体分子的平均速度，从而减缓声音传播速度。
音速为什么声音在不同介质中传播速度不同
音速为什么声音在不同介质中传播速度不同声音是由物体振动产生的机械波，它的传播速度在不同介质中会有所差异。
这是由于介质的性质决定了声音传播的速度。
本文将分析音速与不同介质之间的关系，并解释为何声音在不同介质中传播速度不同。
1. 声音传播的基本原理声音传播的基本原理可以归结为分子或粒子振动传递能量的过程。
当物体振动时，它会通过压缩和膨胀介质中的分子或粒子，导致介质中的分子或粒子发生连锁反应，从而传递能量。
这种能量传递形成了声波的传播。
2. 影响声音传播速度的因素声音在不同介质中的传播速度受到以下几个因素的影响：2.1 密度介质中的分子或粒子的密度越大，它们之间的相互作用力越大，传递振动的速度就越快。
因此，密度越大的介质中声音的传播速度越快。
2.2 弹性模量介质的弹性模量是衡量其抵抗形变能力的物理量。
弹性模量越大，介质的分子或粒子之间越难发生相对位移，也就是难以传递能量。
因此，弹性模量越大的介质中声音的传播速度越慢。
2.3 温度温度对声音传播速度也有显著影响。
在气体介质中，温度升高会增加气体分子的平均动能，使其运动速度加快，从而影响声音的传播速度。
而在固体和液体介质中，温度的变化影响分子或粒子之间的平均距离，从而改变声音的传播速度。
3. 不同介质中的音速差异由于不同介质具有不同的密度、弹性模量和温度，它们对声音传播速度的影响也不尽相同。
以下是几种常见介质中的音速差异：3.1 空气在常温下，空气中声音的传播速度约为每秒343米。
空气的密度较低，分子之间的相互作用力较小，因此声音在空气中的传播速度相对较快。
3.2 水水中声音的传播速度约为每秒1482米。
相比于空气，水的密度较大，分子间的相互作用力也更强，因此声音在水中的传播速度较慢。
3.3 固体不同种类的固体介质中声音的传播速度会有所不同。
一般来说，固体的密度和弹性模量都比气体和液体要大，因此固体中声音的传播速度一般较快。
例如，钢铁的声速约为每秒5100米，而木材的声速约为每秒4000米。
声音速度与温度的关系公式
声音速度与温度的关系公式嘿，咱来说说声音速度与温度的关系公式这事儿。
咱先从日常生活里的一个小场景说起哈。
有一回，我大冬天的站在户外，寒风呼呼地吹，我跟朋友大声喊话，感觉声音传得好像没平时快。
当时我就琢磨，这声音传播是不是跟这冷飕飕的温度有关呢？其实啊，声音速度与温度之间是有明确关系的。
这关系公式呢，就是 v = 331 + 0.6T ，这里的 v 表示声音在空气中的速度，单位是米每秒；T 表示的是摄氏温度。
咱们来仔细瞧瞧这个公式。
温度越高，声音速度就越快。
为啥会这样呢？这得从声音传播的原理说起。
声音的传播靠的是介质分子的振动。
温度高的时候，空气分子就活跃得很，振动得更欢实，这样声音就能更快地传播啦。
比如说，在炎热的夏天，气温三十几度，这时候声音传播的速度就比寒冷的冬天快不少。
你想想，夏天公园里大家热热闹闹的，各种声音好像一下子就能传到耳朵里。
再比如说，在工厂车间里，机器运转会产生噪音。
如果车间温度有变化，声音传播的速度也跟着变，有时候会让人感觉噪音的大小和传播范围都不太一样。
要是在一个封闭的房间里，开了暖气，温度升高了，你跟别人说话，可能就会觉得声音更清晰、更迅速地传到对方耳朵里。
回到开头我在大冬天的那个经历，就是因为温度低，空气分子不那么活跃，声音传播速度慢了些，所以才感觉跟朋友喊话有点费劲。
总之啊，这个声音速度与温度的关系公式，在我们生活里到处都能体现。
了解了它，能让我们更好地理解周围的声音世界。
不管是在热闹的集市，还是安静的小巷，温度的变化都在悄悄影响着声音的传播速度。
下次当你在不同的季节、不同的环境里，留意一下声音的变化，说不定就能更真切地感受到这个公式的奇妙之处啦！。
声速与温度公式
声速与温度公式在我们生活的这个奇妙世界里，声音的传播速度可不是一成不变的哟！它和温度之间有着神秘的联系。
你有没有想过，为什么在寒冷的冬天，声音听起来好像变得更“迟缓”了，而在炎热的夏天，声音却似乎“跑得更快”了？这背后的秘密，就藏在声速与温度的公式之中。
先来说说声速吧。
声音在空气中传播，就像是一群调皮的小精灵在奔跑，它们的速度可不是随便定的。
在标准大气压下，声音在 0 摄氏度时的传播速度约为331 米每秒。
但随着温度的升高，声速也会加快。
这里就不得不提到那个神奇的公式啦：v = 331 + 0.6T，其中 v 表示声速（单位：米每秒），T 表示温度（单位：摄氏度）。
有一次啊，我在一个阳光明媚的春日里，和朋友一起去郊外游玩。
春风轻轻拂过，带来了花朵和青草的香气。
我们走在一条长长的小路上，路旁是一片金黄的油菜花田，蜜蜂在花丛中忙碌地飞舞着，发出嗡嗡的声音。
当时，我看了看手机上的天气软件，显示当时的气温是20 摄氏度。
我突然就想到了声速与温度的公式，心想，在这样的温度下，声音传播的速度应该比 0 摄氏度时快不少呢。
于是我和朋友做了一个小小的实验，我们站在距离大约 100 米远的地方，我大声喊他的名字，然后计算从喊出声音到他听到回应所用的时间。
结果发现，确实比在寒冷的天气里感觉声音传播得更快。
这让我更加深刻地理解了声速与温度的关系。
温度越高，空气中分子的运动就越活跃，声音传播所受到的阻力就越小，所以声速也就越快。
想象一下，在炎热的夏天，当气温达到 35 摄氏度时，根据公式计算，声速约为 352 米每秒。
这时候，如果你在街头听到远处传来的喇叭声，它会比在寒冷的冬天更快地传到你的耳朵里。
再比如，在一个凉爽的秋夜，温度可能只有 10 摄氏度左右。
当你和朋友在公园里散步聊天，声音的传播速度相对较慢，也许你需要稍微提高音量，对方才能听得更清楚。
声速与温度的公式不仅仅是一个枯燥的数学表达式，它在我们的日常生活中也有着实实在在的体现。
声速测量实验注意事项和常见误差分析
声速测量实验注意事项和常见误差分析声速是指声波在介质中传播的速度，是声音在单位时间内传播的距离。
声速测量实验是物理学中常见的实验之一，它不仅有助于加深我们对声音传播的理解，还可以通过测量声速的变化来研究介质的性质。
然而，在进行声速测量实验时，我们需要注意一些事项，并对常见的误差进行分析。
一、实验注意事项1. 实验环境：声速的测量受到环境的影响，因此实验室的温度、湿度和气压等因素应尽量保持稳定。
特别是温度的变化对声速的影响较大，因此需要使用温度恒定的实验室或采取措施保持恒定的温度。
2. 实验装置：在进行声速测量实验时，需要使用适当的实验装置。
一般情况下，我们可以使用共振管或回声法来测量声速。
共振管是一种能够调整长度的管子，可以通过改变管长来改变共振频率，从而测量声速。
回声法则是利用声波在空间中的反射来测量声速，通过测量声波从源点到反射点再返回源点所需的时间，可以计算出声速。
3. 实验仪器：在进行声速测量实验时，需要使用一些仪器，如示波器、计时器等。
这些仪器的精确度和准确性对实验结果的影响很大，因此需要选择合适的仪器，并进行校准。
4. 实验数据处理：在实验过程中，我们需要记录测量数据，并进行相应的数据处理。
为了提高数据的准确性，我们可以进行多次测量，并取平均值。
此外，还可以通过绘制图表和进行数据分析来验证实验结果的可靠性。
二、常见误差分析1. 温度误差：温度的变化对声速的测量有很大的影响，因为声速与温度呈正相关关系。
在实验过程中，如果温度无法保持恒定，就会导致测量结果的误差。
为了减小温度误差，可以使用温度恒定的实验室或采取措施保持恒定的温度。
2. 仪器误差：实验仪器的精确度和准确性对实验结果的影响很大。
如果仪器存在误差，就会导致测量结果的偏差。
为了减小仪器误差，可以选择精确度较高的仪器，并进行校准。
3. 人为误差：在实验过程中，人为因素也会对测量结果产生影响。
例如，操作不规范、读数不准确等都会导致测量结果的误差。
为什么声音在不同介质中传播速度不同
为什么声音在不同介质中传播速度不同声音在不同介质中传播速度不同的原因声音是一种机械波，需要通过介质才能传播。
在不同的介质中，声音的传播速度会有所变化。
这是由于介质的性质和声波传播的机制所决定的。
本文将探讨声音在不同介质中传播速度不同的原因。
一、声音传播的基本原理声音是由物体振动产生的，当物体振动时，周围的介质也会随之产生振动。
这种振动通过介质中的分子或粒子的相互作用传递，最终传播到我们的耳朵中，我们才能听到声音。
二、声音传播速度与介质的性质有关声音在不同介质中传播的速度取决于介质本身的性质，主要包括密度、弹性和温度等。
这些因素的变化会影响声音在介质中的传播速度。
1. 密度的影响介质的密度越大，其中分子或粒子之间的相互作用力就越大，声音在介质中传播的速度就越慢。
相反，介质的密度越小，声音在介质中传播的速度就越快。
2. 弹性的影响介质的弹性与其分子或粒子的振动能力有关。
当介质的弹性越大时，分子或粒子之间的相互作用力越大，声音在介质中传播的速度就越快。
反之，介质的弹性越小，声音传播的速度就越慢。
3. 温度的影响温度对介质中分子或粒子的运动速度有直接的影响。
当介质的温度升高时，分子或粒子的平均运动速度也会增加，导致声音在介质中传播的速度增大。
相反，介质的温度降低会减慢声音的传播速度。
三、声音在不同介质中的传播速度差异举例1.在气体中传播速度最快在气体中，分子之间的距离较大，分子运动的自由度较高，导致声波传播能够更快。
根据实验数据，空气中的声速约为343米/秒。
2.在液体中传播速度次之液体中分子之间的相互作用力较大，导致声波传播速度较慢。
一般情况下，液体中的声速会比气体中的声速略慢一些。
例如，在水中，声速约为1482米/秒。
3.在固体中传播速度最慢固体中分子或粒子之间的相互作用力非常强，导致声波传播速度最慢。
在固体中，声音的传播速度往往比液体和气体中的声速要慢得多。
例如，在钢材中，声速约为5000米/秒。
空气中声速和温度的关系
空气中声速和温度的关系在这个五光十色的世界里，空气中声速和温度的关系就像一对默契的舞伴。
说到声速，大家可能觉得没啥大不了的，但它其实和我们生活息息相关，像是呼吸之间的音符。
当温度升高时，空气分子就像是喝了咖啡，变得兴奋，跳得飞快，这时候声速就会加快。
反之，当天气变冷，空气分子开始懒洋洋的，声音就会变得沉闷，好像在打瞌睡，难以传递。
哎，谁让它们是个“懒汉”呢？你看，温度一变，声速也跟着变，真是个变化无常的小家伙。
我们平时在大街上走，突然听到远处的雷声，心里是不是有点小紧张？哎呀，天气又要变了。
这就是声速在温度变化下的表现。
声音在温暖的空气中飞速传播，像小鸟一样在天空中自由翱翔，而在冷空气中，它却像是穿着厚厚冬衣的胖子，动起来就慢吞吞的。
想想看，那种在海滩上听着海浪声的感觉，多么惬意啊，温暖的阳光照在身上，声音就像是细腻的丝绸，轻轻包裹着你。
还有一个有趣的事儿，想象一下，夏天和冬天的感觉完全不一样。
夏天，热浪袭来，空气中热得发烫，这时候的声速就像是飞驰的赛车，冲啊冲的，速度杠杠的。
可一到冬天，天气冷得像冰箱，空气中的声速瞬间慢下来，仿佛在提醒你：“嘿，快点加衣服，不然我可不等你！”所以，温度与声速的关系简直就是一出精彩的双人舞，随时都在变换节奏。
在不同的环境中，声速也各有千秋。
比如，在水中，声音传播得更快，几乎是空气中的四倍。
这是因为水分子更加紧密，声音在其中游刃有余，像是自由自在的小鱼在水中游泳。
而在真空中，声音却完全无从传递，仿佛一切都静止了，没有了声音的世界，那是多么寂静的感觉，简直像是在星际旅行时遇到的无声黑暗。
生活中有什么例子呢？比如我们坐飞机的时候，飞机的速度就得超过声速，才能“突破”音障。
那一刻，你会感觉自己像个超级英雄，飞在云端，穿梭在空气中，周围的声音瞬间消失，只有风声在耳边呼啸，真是爽到不行。
这种体验，绝对让人肾上腺素飙升，兴奋得不得了。
再说说天气预报，听说气象学家经常用声速来推算风速和温度变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
溫度變化對聲速之影響
作者：馬瑞鴻
摘要
利用聲波在空氣柱內形成駐波，量取發生共鳴時之位置，進而求出波長，由υ=λ．f可求出聲音之速度。
然後，再將共鳴管周圍之空氣均勻加熱，使其溫度提高為大約70℃左右，結果發現溫度提高時，聲速的確增大，符合預期。
並且，不同溫度與聲速間之關係大致與υt=331.45+0.6t吻合。
壹．研究動機
在高中物理課本有提到利用共鳴管求聲音的速度，但卻沒有溫度變化對聲速影響的實驗。
於是，我們想做個這方面的實驗來討論溫度變化對聲速的影響。
貳．研究目的
聲速如何測量？溫度是否影響聲速？此次實驗我們想知道：
一.如何用共鳴管測量聲音在空氣中傳播的速度？
二.溫度愈高，聲速是否愈大？
三.是否如課本所言，聲速υt=331.45+0.6t（t代表溫度）？
參．研究設備及器材
共鳴管儀（底座及支柱及夾、共鳴管、貯水槽、橡皮管、米尺），標準音叉（頻率512Hz），擊錘，溫度計，熱暖爐數個，熱水（約70℃）。
肆．研究原理
聲波為一縱波，在沿共鳴管內進行時會在管的末端反射，入射波與反射波干涉的結果，可產生疏密的駐波。
簡單的共鳴管有一開口端一閉口端，聲源置於開口端。
假如管的長度適當就會產生駐波，在封閉端反射波與入射波相位差180°，所以封閉端為波節。
在開口端處空氣的粒子十分自由，通常此處為波腹，因此對頻率為f（波長已知為λ）的聲源產生共鳴的管子，最短長度為λ/4，如圖所示，只要管長為λ/4的奇數倍都可以和聲源產生共鳴。
設共鳴時
管為，λ為波長，n 為共振位置，則
l l n=(2n-1)
4
λ
即l 1=4
λ
，l 2=λ4
3，l 3=4
5λ
真正的反節點（波腹）常位於開口的附近，為離開管口的0.6倍管口徑處。
設此距離為d ，則
l 1=
4
λ
– d ，l 2=λ43
– d ，l 3=4
5λ– d
所以 l 2–l 1= l 3–l 2=2
λ
，l 3–l 1=λ
聲音在空氣中（或任何氣體）的傳播速度與介質的物理性質有關，即
υ=
ρ
r
P
式中P 為壓力，ρ為密度，r 為定壓比熱與定容比熱之比（空氣之r=1.403）。
由於溫度增加會使空氣密度減小，所以聲速與溫度有關。
υt =υ0(1+αt)1/2≅υ0(1+αt/2)
式中υt 為t ℃時之聲速υ0為0℃時之聲速（空氣之υ0=331.45 m/s ），α為氣體的膨脹係數（空氣之α=0.3665 x 10-2）所以上式變成 υt=331.45 + 0.6t
伍．研究過程
（一）空氣中的聲速
1.置貯水槽於高處，並將共鳴管注滿水。
2.將溫度計繫於共鳴管口附近，測量室溫並記錄之。
3.以擊錘輕敲音叉，垂直置於管口上方距管口約為0.6倍管口徑半徑
處。
4.徐徐降低貯水槽，使水面下降而增加氣柱的長度，至其與音叉共
鳴最強時記錄其長度L ，是為第一共振位置。
5.此時再稍微提高貯水槽，重覆測得第一共振位置共三次。
6.繼續降低貯水槽以測得第二次共振位置，如管過長則測得第三共
振位置。
7.然後再由下往上，重覆上述步驟。
8.代入υ=λ．f 即可求出聲波之速度。
（二）溫度變化對波速之影響
1.將數個熱暖爐置於離共鳴管適當距離處，並加熱周圍之空氣。
2.為避免管內空氣溫度降低過快，故以約70℃之熱水加入貯水槽。
3.測量共鳴管口附近之溫度。
4.溫度不再變化時（約70℃左右）重覆（一）之步驟測量並記錄之。
5.求出聲速與（一）室溫時（21℃）比較之。
※ 注意事項：
(1).敲擊音叉時，須稍離管口，以免敲到共鳴管。
(2).熱暖爐不能與溫度計太過於靠近，以避免溫度超過100℃。
陸．實驗結果與數據
（一） 溫度21℃時之聲速 標準音叉頻率512Hz 氣柱增長時
氣柱減少時
波長 聲速共振 位置
1 2 3 1 2 3
氣柱平均
值 λ
υ 1 15.5 15.6 15.6 15.4 15.5 15.4 l 1=15.50 2(l 2-l 1)=66.96342.832 49.0 49.0 48.9 49.0 49.1 48.9 l 2=48.98
※ 討論：
(1)21℃時聲速之理論值υ=344.05m/s (2)本次實驗值υ1=342.83m/s
(3)相對誤差百分率δ=(υ1-υ)/υ×100%=-0.35%
（二） 溫度52℃時之聲速 標準音叉頻率512Hz 氣柱增長時
氣柱減少時
波長 聲速共振 位置
1 2 3 1 2 3
氣柱平均
值 λ
υ 1 16.1 15.9 15.9 16.0 16.0 15.9 l 1=15.97 2(l 2-l 1)=70.42360.552 51.2 51.1 51.2 51.2 51.2 51.1 l 2=51.18
※ 討論：
(1)52℃時聲速之理論值υ=362.65m/s (2)本次實驗值υ1=360.55m/s
(3)相對誤差百分率δ=(υ1-υ)/υ×100%=-0.58%
(三) 溫度76℃時之聲速 標準音叉頻率512Hz 氣柱增長時
氣柱減少時
波長 聲速共振 位置
1 2 3 1 2 3
氣柱平均
值 λ
υ 1 16.4 16.4 16.5 16.3 16.4 16.3 l 1=16.38 2(l 2-l 1)=72.30370.172 52.5 52.6 52.6 52.6 52.5 52.4 l 2=52.53
※ 討論：
(1)76℃時聲速之理論值υ=377.05m/s (2)本次實驗值υ1=370.17m/s
(3)相對誤差百分率δ=(υ1-υ)/υ×100%=-0.18%
柒．結論與討論
1.本實驗為減少誤差，在找出共鳴之大概位置後，需用手按住橡皮管，使
水位緩慢升降、重複多次，方能減少誤差。
2.最初在做此實驗時因誤差較大，於是換到密閉小空間做實驗，終於得到
較令人滿意的結果。
3.為了讓共鳴管周圍空氣分子均勻加熱，因此要等溫度不再變化後一段時
間再做實驗會較準確。
4.此次實驗我們得到溫度愈高時則聲速愈大。
5.此次實驗的數據顯示溫度與聲速的關係，大致與υt=331.45+0.6t吻合，但
是在溫度高時有較大的誤差。
6.在網路上見到有人採用液面固定法，固定共鳴管液面（即空氣柱長不
變），逐步改變頻率直到共鳴產生而求出聲速，此法缺點為頻率不易微
調，但若果真能減少誤差，則不失為一好方法。
捌．參考資料
1.物理實驗（下）林樹枝編著
2.高中物理實驗第三冊
3.大學物理 Halliday Resnick。