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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

共鳴空氣柱與聲速

音叉放在可調水位的管口:慢慢放水拉長空氣柱,找出一個個共鳴點,從相鄰共鳴長度差算出波長、反推聲速;再比較閉管與開管的泛音結構。
t = 0.00 s

響度對空氣柱長(共鳴曲線)

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

管型
音叉頻率 f
空氣柱長 L(調水位)
氣溫(影響聲速)

即時量測

聲速 c=331.4+0.6T
m/s
波長 λ=c/f
cm
響度(共鳴響應)
最近共鳴點理論位置
cm

畫面符號圖例

  • L:空氣柱長度(此處 L 是管長,不是低壓或角動量)
  • 開口端=波腹、水面=波節;🔊 共鳴!=駐波成立

實驗任務

  1. 找共鳴、量聲速:f=440 Hz、閉管,慢慢拉長空氣柱(或按自動掃描), 記下前兩個響度峰的位置 L₁、L₂。相鄰共鳴差 ΔL=λ/2, 所以 c=2f·ΔL——你量到的接近 343 m/s 嗎?
  2. 閉管 vs 開管:同頻率切到開管重掃。共鳴間距一樣是 λ/2, 但位置不同:閉管在 λ/4、3λ/4、5λ/4…(只有奇數諧音),開管在 λ/2、λ、3λ/2…。 這就是為什麼單簧管(閉管行為)聽起來比長笛(開管)低沉。
  3. 溫度的指紋:把氣溫從 0°C 調到 40°C,共鳴點移動了—— 因為 c=331.4+0.6T。冬天和夏天,同一支管子的音準會差多少?
  4. 吹瓶子:對瓶口吹氣就是在激發閉管共鳴。加水讓空氣柱變短, 音調變高還是變低?用模擬驗證你的直覺。

模型與假設

模型:共鳴條件——閉管 L=(2n−1)λ/4(水面為波節、管口為波腹); 開管 L=nλ/2(兩端皆波腹)。響度以 Lorentzian 響應疊加:A(L)=Σ 1/(1+((L−Lₙ)/w)²)。
假設:忽略管口端修正(實際約 0.6×管半徑,會讓量測 L 略短於理論); 忽略空氣黏滯衰減。聲速 c=331.4+0.6T(m/s,T 為攝氏溫度)。