Bài 10. Thực hành: Đo tần số của sóng âm

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương án, đo được tần số của sóng âm bằng dao động kí hoặc dụng cụ thực hành.

1. CƠ SỞ CỦA PHÉP ĐO

- Chu kì và tần số liên hệ bởi $\mathrm{f=}\frac{1}{T}$.

- Muốn xác định tần số của sóng âm, ta đo chu kì $T$ của tín hiệu rồi tính tần số $f$.

- Âm thoa dao động phát ra sóng âm. Micro biến sóng âm thành tín hiệu điện có cùng tần số. Tín hiệu được khuếch đại và đưa vào dao động kí để quan sát.

Quá trình biến đổi:

Dao động của âm $\to$ Sóng âm $\to$ tín hiệu điện $\to$ dao động kí

Dao động kí không đo trực tiếp sóng âm mà hiển thị tín hiệu điện do micro tạo ra.

2. DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ

Dao động kí là thiết bị dùng để hiển thị tín hiệu điện biến thiên theo thời gian.

Trên màn hình:

• Phương ngang biểu diễn thời gian.

• Phương thẳng đứng biểu diễn điện áp tín hiệu.

Một số nút điều chỉnh cơ bản:

• VOLTS/DIV: quy định điện áp ứng với một ô theo phương thẳng đứng.

• SEC/DIV hoặc TIME/DIV: quy định thời gian ứng với một ô theo phương ngang.

• TRIGGER: làm tín hiệu hiển thị ổn định trên màn hình.

3. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

• Dao động kí điện tử.

• Micro.

• Bộ khuếch đại tín hiệu.

• Âm thoa.

• Búa cao su.

• Giá đỡ và dây nối.

4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Bước 1. Bố trí dụng cụ

Gắn âm thoa vào giá đỡ, đặt micro gần âm thoa và hướng đầu thu của micro về phía âm thoa.

Bước 2. Nối thiết bị

Nối micro với bộ khuếch đại, sau đó nối đầu ra của bộ khuếch đại với dao động kí.

Bước 3. Tạo âm

Dùng búa cao su gõ nhẹ vào một nhánh của âm thoa.

Bước 4. Điều chỉnh tín hiệu

• Điều chỉnh VOLTS/DIV để tín hiệu có chiều cao phù hợp.

• Điều chỉnh SEC/DIV để quan sát được nhiều chu kì.

• Điều chỉnh TRIGGER để tín hiệu đứng yên.

Bước 5. Đo và xử lí kết quả

Chọn hai điểm trên tín hiệu có cùng trạng thái dao động, chẳng hạn hai đỉnh liên tiếp, rồi xác định chu kì.

Nên đo thời gian của nhiều chu kì để giảm sai số.

5. XÁC ĐỊNH CHU KÌ VÀ TẦN SỐ

Nếu một chu kì chiếm $n$ ô ngang và mỗi ô ứng với thời gian $t_0$, ta có $\mathrm{T=n}{t}_0$ và $\mathrm{f=}\frac{1}{n{t}_0}$.

Nếu $N$ chu kì chiếm $n$ ô ngang, ta có:

$$\mathrm{T=}\frac{n{t}_0}{N},\text{ f=}\frac{N}{n{t}_0}.$$

Trong đó, $t_0$ là giá trị SEC/DIV.

Cần đổi thời gian về giây trước khi tính tần số:

• $1\text{\hspace{0.17em}ms}={10}^{\mathrm{-3}}\text{\hspace{0.17em}s}$.

• $1\mu s={10}^{\mathrm{-6}}\text{\hspace{0.17em}s}$.

Từ đỉnh thứ nhất đến đỉnh thứ $m$ có $\mathrm{m-1}$ chu kì.

6. XỬ LÍ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Thực hiện phép đo nhiều lần và tính giá trị trung bình:

$$f=\frac{f_1+f_2\mathrm{+\cdots +}{f}_n}{n}.$$

So sánh giá trị đo được với tần số ghi trên âm thoa.

Để giảm sai số:

• Đo nhiều chu kì.

• Điều chỉnh tín hiệu rõ và ổn định.

• Thực hiện thí nghiệm ở nơi yên tĩnh.

• Giữ cố định vị trí của âm thoa và micro.

• Không dùng vật cứng hoặc gõ quá mạnh vào âm thoa.