利用磁悬浮演示声音不能在真空下传播的特性(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广州大学物理与电子工程学院 作者:朱长明

4、实验步骤

  1、测试地点选在6楼长15m宽9m的实验室中,关闭门窗,以防止干扰别人或者受外界干扰,清除桌面杂物.实验装置距实验室最近的墙壁为3m,用煤气橡胶管和铜质带阀门的三通管连接真空罩、真空表和抽气机,阀门全开,磁悬浮底座通电。

  2、沿竖直方向往下,双手托住磁铁托盘,小心地放上,实现磁悬浮.如果位置不对放不上,不要松手,也不要水平移动寻找中心点,须再次举高托盘重新放置。

  3、安装钮扣电池,用手轻轻托住磁铁托盘,放上发声元件.用棉花塞住耳朵,接通警报器电源,绿灯亮,警报声响起,罩上玻璃罩,取出耳中的棉花.此时可测量出磁铁托盘与真空罩底座平面相距约12.9cm。

  4、分贝计设置为:SPL/RTA;测试结果以柱状图形显示,以实现实时频谱分析;滤波器设置为FLAT平坦的频率响应(无滤波器);SET中AUTO POWER OFF设为10min,AUTO LIGHTOFF设为3s,LCD CONGTRAST 设为中等,HULTIPL SETUP设为能;记忆菜单MEM 选STORE;计时器TIMER 选SINGLE,周期设为3s;量程选20~100dB,由于分贝计刻度仅7格,不能完全显示量程内所有值,有必要在测试中根据分贝值的大小和纵坐标的最小刻度上下移动纵坐标以便于显示所测的数值,为提高精度,通常选每大格为5dB而不是10dB.SET子菜单中分辨率RES选1/3,测试结果显示设为最大最小声压级范围,读数取最大声压值;TWTD时间计权设为FAST.由于警报器从顶端发出,测试过程中,分贝计的拾音头应指向警报器顶端并与其保持在同一水平面上。

  5、抽气,测试真空度为-0.095 MPa ,0.20,0.50,1.00,2.00,5.00,10.00m处的响度。

  6、对磁悬浮装置不抽气时在上述位置做相同的测试。

  7、使用传统实验装置,更换全新的钮扣电池,把底座换成没有磁悬浮装置的抽气盘,警报器直接放在抽气盘上,抽气,控制真空度为-0.095MPa.在上述不同位置做相同的测试。

  8、重复步骤7),不换电池,不抽气。

5、实验数据及数据分析

  由于声级计量程的限制,20.0dB以下不显示,环境噪声在20.0~22.0dB之间波动.测量数据见表1。

表1 利用不同方法在不同位置处分贝计测得的响度分贝值A

利用不同方法在不同位置处分贝计测得的响度分贝值A

  利用表1数据作图,可看出磁悬浮后抽真空所体现出的显著变化.由图3可知,磁悬浮装置抽气后1.00m 处已经基本接近最小值,特别是在课室有几十个学生的情况下,人耳是听不见的。

不同位置处的响度

图3 不同位置处的响度

6、实验结论

  实验结果表明,当罩内真空小于0.05个大气压(5.05×103 Pa)时,距离声源1m以上时实验演示效果最佳,磁悬浮在本实验中发挥了关键作用,有效地克服了传统固体传声的缺陷.由于采用的是钮扣电池,续航能力有限,建议实验不要超过10min。

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