Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Биття - це фізичне явище, при якому дві хвилі з дещо різними частотами адитивно накладаються один на одного, створюючи характерні періодичні наростання і спади амплітуди.
Зміна амплітуди сама по собі може розглядатися як коливання і описуватися так званою огинаючою (або огинаючою кривою).
У цьому експерименті учні спостерігатимуть це фізичне явище і вивчатимуть відповідні фізичні основи биття.
У цьому експерименті учні за допомогою частоти биття визначатимуть частоту коливань.
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
Попередні знання
Перед проведенням експерименту учні і студенти повинні ознайомитися з поняттям біття і з роботою програмного забезпечення measure Aкустика (measure Acoustics).
Принцип
У цьому експерименті учні створять багато різних коливань і дослідять, як можна визначити частоту коливань за допомогою биття.
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
У цьому експерименті студенти вчаться робити висновки про частоту коливань за допомогою биття.
Завдання
У цьому експерименті учні визначають частоту розстроєного камертона 440 Гц.
- Вони вимірюють частоту коливань і обчислюють можливі частоти розстроєного камертона.
- Вони вивчають, чи є частота настроєного камертона більшою або меншою за частоту ненастроєного камертона, і таким чином визначають частоту настроєного камертона.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції з безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для студентів
Мотивація
Блюзовий гурт
Коли кілька різних звукових сигналів потрапляють до нашого вуха одночасно, вони накладаються один на одного і утворюють результуючий сигнал.
Якщо окремі сигнали мають однакову частоту, то результуючий сигнал також можна почути на цій частоті, але його гучність змінюється.
Однак, якщо сприймаються два звукові сигнали з різними частотами, виникає ефект, відомий як биття. Биття використовується, наприклад, для налаштування музичних інструментів.
Якщо Вам відома одна з частот, Ви можете визначити решту частот.
Завдання
Експериментальна установка
Визначте частоту розстроєного камертона 440 Гц:
- Виміряйте частоту коливань і обчисліть можливі частоти розстроєного камертона.
- Дослідіть, чи є частота настроєного камертона більшою або меншою за частоту ненастроєного камертона, і таким чином визначте частоту настроєного камертона.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість | |
|---|---|---|---|---|
| 1 |
| 14441-61 | 1 | |
| 2 | Камертон, 440 Гц | 03424-00 | 2 | |
| 3 | Ударний молоточок, гумовий | 03429-00 | 1 | |
| 4 | Рамний барабан, d = 20 см | 13289-11 | 1 | |
| 5 | Силіконові трубки, внутрішній d=3 мм | 39292-00 | 1 | |
| 6 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
Підготовка
Рис. 1
Спочатку знайдіть партнера для експерименту.
Частина 1: Вимірювання частоти биття
- Відріжте шматок трубки шириною 3 мм і надягніть його на кілька міліметрів на зубець одного з двох камертонів (рис. 1).
Частина 2: Вимірювання невідомої частоти за допомогою ПК
- Правильно під'єднайте навушники до комп'ютера.
- Одягніть навушники і встановіть вихідну гучність в налаштуваннях звуку на комп'ютері на комфортний для Вас рівень.
- Запустіть програму measure Акустика (measure Acoustics).
- Відкрийте експеримент "2.3 Биття".
Виконання роботи (1/4)
Рисунок 2
Частина 1: Вимірювання частоти биття
- Учень 1: Візьміть секундомір і підготуйте його до запуску.
- Учень 2: Ударте по обох камертонах і покладіть їх ніжками на рамний барабан (рис. 2).
- Учень 2: Порахуйте 30 максимальних ударів; Учень 1: Зафіксуйте час, за який учень 2 нарахує 30 максимальних ударів.
- Запишіть свій результат.
Виконання роботи (2/4)
Рисунок 3
Частина 2: Вимірювання невідомої частоти за допомогою ПК
1. Тепер виміряйте, чи частота налаштованого камертона більша або менша за частоту ненастроєного камертона.
Використовуючи результати з частини 1, можна визначити значення частоти розстроєного камертона.
2. Учень 1: Вдарте по розстроєному камертону шматочком трубки і тримайте його перед мікрофоном (рис. 3).
Виконання роботи (3/4)
3. Учень 2: Зупиніть діаграму. Для цього у вікні "Спектр сигналу на аудіовході (мікрофон)" виберіть "Активувати/зупинити діаграму".
4. Збільшіть діапазон максимальної амплітуди, зчитайте частоту розстроєного камертона за допомогою перехрестя і запишіть свій результат.
Збільшіть відповідну частину діаграми: Утримуючи ліву кнопку миші, намалюйте прямокутник від лівого верхнього кута до правого нижнього.
Потім виберіть за допомогою перехрестя "Позначка", утримуйте перехрестя в позиції максимуму амплітуди і зчитуйте значення x (частота в Гц) в нижньому лівому кутку вікна діаграми.
Виконання роботи (4/4)
5. Відновить стандартний вигляд діаграми та активуйте діаграму. У вікні "Спектр ... (Мікрофон)" виберіть "Стандартна ділянка" і " Активувати/зупинити діаграму"
6.Повторіть експеримент з частини 2 щонайменше 10 разів і щоразу записуйте значення частоти.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Вставте слова в тексті в потрібне місце. ____ - це синусоїдальна крива, яка огинає біття, наче ____. Тому її можна використовувати для опису того, як саме періодично змінюються ____. Для цього існують ____, частота і період биття. Ці ____ одночасно є величинами, що описують коливання огинаючої.
Завдання 3
Позначте правильне слово в дужках у цьому тексті Зауважте, що частота биття та (амплітуда / період) биття, як і у всіх інших коливань, пов'язані між собою через зворотну величину. Тепер вірно, що чим ближче дві ( частоти / амплітуди) вихідних коливань знаходяться одна до одної, тим більший період біття. Якщо два початкові коливання мають нерівні амплітуди, то результуюче коливання також називається (чистим / нечистим) коливанням.
Завдання 4
Питання