高中聲學(xué)部分創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)改編

1、聲學(xué)部分創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一：改裝錄音機(jī)做變調(diào)實(shí)驗(yàn) 經(jīng)常聽(tīng)到有些錄音機(jī)放音走調(diào)：男聲變女聲，女聲變男聲，或歌聲變成嘆氣聲、機(jī)器人聲，這些錄音機(jī)磁帶走速不正常，是有故障的錄音機(jī)。但是我們物理教學(xué)倒可以利用這種放音效果為聲學(xué)教學(xué)服務(wù)。直接用有故障的錄音機(jī)當(dāng)然不行，它們不能可靠地改變磁帶走速，做實(shí)驗(yàn)不穩(wěn)定，必須用一臺(tái)運(yùn)行正常的錄音機(jī)來(lái)改裝。 早期錄音機(jī)的電動(dòng)機(jī)采用離心式調(diào)速器，安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，調(diào)速不方便?，F(xiàn)在生產(chǎn)的錄音機(jī)都采用電子調(diào)速器，改裝起來(lái)比較方便。 電子調(diào)速器是一個(gè)穩(wěn)壓電路，將電動(dòng)機(jī)上電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，穩(wěn)壓電路有的裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，有的裝在電動(dòng)機(jī)外，隨身聽(tīng)錄音機(jī)，具有倍速錄音功能的錄

2、音機(jī)，早期小型錄音機(jī)（磚頭機(jī)）等穩(wěn)壓電路裝在電動(dòng)機(jī)外，其它類型的穩(wěn)壓電路裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)。改裝時(shí)打開(kāi)錄音機(jī)外殼，找到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)壓電路的可調(diào)電阻，把它焊下來(lái)，換上一只阻值相等或稍大點(diǎn)（可增加調(diào)速范圍）的電位器，把電位器設(shè)法固定在錄音機(jī)外殼上，能夠從外面調(diào)節(jié)就行了。裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的穩(wěn)壓電路改裝麻煩一些，必須取出電動(dòng)機(jī)，小心地撬開(kāi)底蓋，從調(diào)速孔下找到可調(diào)電阻，將它換成電位器并固定在錄音機(jī)外殼上。 改裝工作一定要請(qǐng)有維修經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)做，否則會(huì)弄巧成拙，甚至把錄音機(jī)弄壞。也可以把改裝要求告訴修理部門，請(qǐng)他們來(lái)改裝。改裝好的錄音機(jī)能夠做許多變調(diào)實(shí)驗(yàn)。 演示音調(diào)與頻率的關(guān)系用普通錄音機(jī)制一段 信號(hào)，然后放在變速錄音機(jī)

3、中放音，改變錄音機(jī)帶速使信號(hào)頻率變化，可以聽(tīng)到音調(diào)也隨著變化，說(shuō)明音調(diào)的改變決定于頻率的改變。如果連續(xù)反復(fù)改變帶速，還可以聽(tīng)到類似報(bào)警的聲音。 改變?nèi)说穆曇粲米兯黉浺魴C(jī)放流行歌曲，使歌聲變調(diào)，可達(dá)到男聲變女聲，女聲變男聲的效果，證明男、女聲的差別完全是振動(dòng)頻率的差別。如果在課堂上請(qǐng)學(xué)生說(shuō)話或者唱歌，當(dāng)場(chǎng)錄下來(lái)，再用變速錄音機(jī)放音，并使音調(diào)變化，可以使全班學(xué)生捧腹大笑，達(dá)到活躍課堂氣氛，讓學(xué)生愉快接受知識(shí)的效果。調(diào)節(jié)磁帶節(jié)目的放音速度改裝錄音機(jī)做變調(diào)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常聽(tīng)到有些錄音機(jī)放音走調(diào)：男聲變女聲，女聲變男聲，或歌聲變成嘆氣聲、機(jī)器人聲，這些錄音機(jī)磁帶走速不正常，是有故障的錄音機(jī)。但是我們物理教學(xué)倒可

4、以利用這種放音效果為聲學(xué)教學(xué)服務(wù)。圖2實(shí)驗(yàn)二：兩個(gè)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn) 經(jīng)改進(jìn)后的這兩個(gè)聲學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，其最大特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生既能聞其聲，又能觀其形（波形），經(jīng)近兩年教學(xué)中使用，效果不錯(cuò)，頗受學(xué)生歡迎。現(xiàn)分別介紹于后。波的干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖 。音叉發(fā)出的聲音通過(guò)靈敏度較高的話筒，從收錄機(jī)（收錄機(jī)要用好點(diǎn)的，噪聲?。┑脑捦膊蹇谳斎耄辉?gòu)氖珍洐C(jī)的線路輸出孔取出信號(hào)接示波器，或?qū)⑹静ㄆ髋c收錄機(jī)喇叭并聯(lián)。圖1 實(shí)驗(yàn)方法敲擊音叉發(fā)聲，旋轉(zhuǎn)離心轉(zhuǎn)臺(tái)，就能從收錄機(jī)里清晰地聽(tīng)到音叉圖3聲忽強(qiáng)忽弱，同時(shí)從示波器可看到聲波的波幅大小隨聲音強(qiáng)弱交替變化。聲音的共鳴 實(shí)驗(yàn)裝置 先用一根屏蔽線，一端與壓電陶瓷片連接，另一端接一

5、個(gè)與收錄機(jī)話筒輸入插孔同型號(hào)的插頭，見(jiàn)右圖 。由于音叉產(chǎn)生的共鳴聲較弱，若用話筒作為聲音接收裝置效果不太好，故采用壓電陶瓷片，利用其壓電效應(yīng)將共鳴聲通過(guò)收錄機(jī)放大，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)裝置如圖 實(shí)驗(yàn)方法 將圖2所示的壓電陶瓷片用橡皮泥粘在音叉 月的叉股上，再把插頭插入收錄機(jī)的話筒輸入孔，從收錄機(jī)的線路輸出端取出信號(hào)至示波器?，F(xiàn)在，只要敲擊音叉 ，從收錄機(jī)里就能聽(tīng)到音叉的響聲，用手按住被敲音叉，響聲并不停止，從而證明音叉的聲波振動(dòng)使音叉 月產(chǎn)生了共鳴。同時(shí)從示波器里可看到聲波的波形。若改變音叉的固有頻率（可在音叉的叉部頂端粘一塊橡皮泥），再重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，此時(shí)便聽(tīng)不到共鳴聲，這就進(jìn)一步證明收錄機(jī)

6、的響聲是音叉產(chǎn)生的聲波共振現(xiàn)象的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)三：聲學(xué)中的幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn) 高中物理的聲學(xué)中有關(guān)響度、音調(diào)、嗓聲、樂(lè)音這部分教材，教學(xué)起來(lái)十分枯燥無(wú)味，學(xué)生聽(tīng)起來(lái)也無(wú)精打采，對(duì)音調(diào)和響度概念也往往混淆不清，上海第十中學(xué)周中愷老師曾經(jīng)利用實(shí)驗(yàn)室中原有的儀器設(shè)備進(jìn)行組配，做了一些實(shí)驗(yàn)，結(jié)合講解，讓學(xué)生邊看邊聽(tīng)，對(duì)活躍學(xué)習(xí)氣氛，增進(jìn)概念理解很有效果，并且實(shí)驗(yàn)裝置也比較簡(jiǎn)易，今簡(jiǎn)單介紹如下：響度音調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置與演示 把教學(xué)的低頻訊號(hào)發(fā)生器（上海教學(xué)儀器廠生產(chǎn)）的正弦波輸出的二個(gè)接線柱，用二根導(dǎo)線接到半導(dǎo)體收音機(jī)的音量控制電位器的接地端和滑動(dòng)觸頭的遭（事先要把半導(dǎo)體收音機(jī)調(diào)諧盤調(diào)到收不到電臺(tái)的位置），另外再用兩

7、根導(dǎo)線從低頻訊號(hào)發(fā)生器的正弦波原來(lái)輸出的兩端接入示波器的輸入端，如圖1所示，這樣裝好的實(shí)驗(yàn)裝置，就可以用來(lái)演示：圖1（ 1 ）響度的大小和聲源的振幅大小。（ 2 ）音調(diào)的高低和聲源的振動(dòng)頻率大小關(guān)系。（ 3）對(duì)比響度和音調(diào)的區(qū)別。演示響度和振幅的關(guān)系，只要調(diào)節(jié)低頻訊號(hào)發(fā)生器的“正弦幅度”旋鈕就可以從半導(dǎo)體收音機(jī)中聽(tīng)到訊號(hào)響度的大小，同時(shí)從示波器的熒光屏上可以看到訊號(hào)振幅的大小，從而可以很快得到聲音的響度和振幅關(guān)系的結(jié)論。演示音調(diào)和頻率的關(guān)系，只要調(diào)節(jié)低頻訊號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)旋鈕，就可以從半導(dǎo)體收音機(jī)中聽(tīng)到訊號(hào)音調(diào)的高低，同時(shí)從示波器的熒光屏上可以看到訊號(hào)頻率的大小，從而可以很快地得到聲音的音調(diào)

8、和頻率關(guān)系的結(jié)論。演示響度和音調(diào)的區(qū)別，只改變訊號(hào)發(fā)生器的幅度輸出，讓學(xué)生聽(tīng)聲音的變化；只改變訊號(hào)發(fā)生器的頻率，讓學(xué)生聽(tīng)聲音的變化，圖2噪聲樂(lè)音的實(shí)驗(yàn)裝置與演示 把噪聲、樂(lè)音和樂(lè)器吹奏的音樂(lè)曲子事先錄制在磁帶上，實(shí)驗(yàn)時(shí)把錄音機(jī)輸出插孔用事先焊有兩根導(dǎo)線的插頭插入，兩根導(dǎo)線的另外兩端接入示波器的輸入端。如果遇到錄音機(jī)的輸出插孔是裝在功率放大級(jí)的話，那么往往由于插頭的插入，機(jī)內(nèi)的揚(yáng)聲器電路被切斷而不再發(fā)聲，遇到這種情況時(shí)，訊號(hào)可以從錄音機(jī)揚(yáng)聲器線圈兩端用導(dǎo)線取出接入示波器的輸入端，或者將插頭插入插孔，把它的兩根導(dǎo)線接入示波器的輸入端后，再另外用兩根導(dǎo)線，一頭接示波器的輸入端，另一端接半導(dǎo)體收音機(jī)的

9、音量控制電位器中的兩點(diǎn)（見(jiàn)圖 2 ），利用半導(dǎo)體收音機(jī)的功放級(jí)放音（事先要將半導(dǎo)體收音機(jī)調(diào)到收不到電臺(tái)廣播的位置），實(shí)驗(yàn)時(shí)，開(kāi)啟示波器，而后把錄制的磁帶裝入錄音機(jī)的盒帶倉(cāng)中，稍等片刻，撳下錄音機(jī)的放音鍵，即可聽(tīng)到它們的聲音和看到它們的各自振動(dòng)圖線，有聲有色，形象動(dòng)人，學(xué)生對(duì)此尤感興趣，印象深刻，效果很好。實(shí)驗(yàn)四： 雙臂音叉產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 幾經(jīng)修訂的高中物理課本，對(duì)“聲波干涉”的演示實(shí)驗(yàn)都采用這樣的表述：“音叉發(fā)聲時(shí)，它的兩個(gè)叉股是兩個(gè)相同的波源，它們產(chǎn)生的兩列波發(fā)生干涉，產(chǎn)生加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，所以我們繞正在發(fā)聲的音叉走一周，或使音叉繞叉柄的縱軸旋轉(zhuǎn)，就會(huì)聽(tīng)到聲音忽強(qiáng)忽弱。”對(duì)此敘述已頗多微詞，浙江

10、省諸暨縣學(xué)勉中學(xué)魏致遠(yuǎn)老師作如下探究。強(qiáng)弱區(qū)域的存在事實(shí)和分布情況 先按課本的表述進(jìn)行操作，確能明顯地感覺(jué)到聲音忽強(qiáng)忽弱現(xiàn)象的存在，說(shuō)明波動(dòng)強(qiáng)弱按區(qū)域分布是事實(shí)，且強(qiáng)弱區(qū)域交替間隔情況穩(wěn)定。再把音叉接圖1所示固定在鐵架臺(tái)上，在數(shù)米外放置一只放大音響設(shè)備，用無(wú)線話筒采納音叉發(fā)聲情況，時(shí)間選在晚上學(xué)生就寢后。這樣貼近放大設(shè)備的觀察者可在極少外界干擾和音叉直接發(fā)聲干擾的情況下，分辨出話筒在不同位置、不同方位采納到的信號(hào)強(qiáng)弱情況。反復(fù)測(cè)試表明：如圖2所示在音叉兩叉股上端面所在平面內(nèi)，沿XX和YY方向?yàn)閺?qiáng)區(qū)，且線狀性比較明顯，即強(qiáng)區(qū)接近一條線上而方向幅度較大，即兩側(cè)有較大寬度的強(qiáng)區(qū)；沿AA、BB、CC、

11、DD方向?yàn)槿鯀^(qū)，而且弱區(qū)明顯亦較集中在這幾條線的方向上。而就三維空間論，上述直（射）線所在的豎直平面對(duì)應(yīng)為強(qiáng)弱區(qū)域，而且在音叉兩叉股端面以上區(qū)域，話筒采聲方向應(yīng)對(duì)準(zhǔn)中心 ，如圖3所示。其它方向亦可參照?qǐng)D3 ，否則雖在強(qiáng)區(qū)亦采不到強(qiáng)信號(hào)，這標(biāo)志著聲波的傳播具有方向性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定性分析 分析的關(guān)鍵在于認(rèn)定強(qiáng)弱區(qū)域是否由干涉產(chǎn)生，因?yàn)槿觞c(diǎn)位置到兩波源的波程差須是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，而此實(shí)驗(yàn)中波程差的最大值位置在兩叉股端面連線外側(cè)，其值為兩叉股的間距，但兩叉股的間距約為2厘米，根本達(dá)不到數(shù)百赫聲波在空氣中的半波長(zhǎng)，就是說(shuō)，不可能在此實(shí)驗(yàn)的整個(gè)可尋區(qū)域找到波程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍、振動(dòng)明顯減弱的點(diǎn)，即使把叉

12、股分解成點(diǎn)聲源也辦不到，而且從理論上認(rèn)為最有可能削弱的點(diǎn)是在如圖2的XX方向上，實(shí)驗(yàn)表明恰為強(qiáng)區(qū)，所以推測(cè)YY上強(qiáng)區(qū)的產(chǎn)生，不是干涉之后的強(qiáng)效應(yīng)，而于振動(dòng)波源叉股為面狀物有關(guān)。為證實(shí)此猜測(cè)，把一蠟紙刻寫鋼板（長(zhǎng)寬厚分別約為340毫米、70毫米、2毫米）按如圖3所示懸掛在鐵架臺(tái)上，敲擊鋼板平面，仍用上述采聲放大檢測(cè)裝置試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)平行于鋼板面的AA方向?yàn)槿鯀^(qū)，垂直鋼板面的YY方向?yàn)閺?qiáng)區(qū)，且輻度較寬。如果改為沿 YY方向敲擊，YY方向仍為強(qiáng)區(qū)（沿 XX方向敲擊音叉，檢測(cè)結(jié)果和沿方向敲擊效果一樣）。證實(shí)面狀發(fā)聲體輻射聲波能量帶有明顯的方向性。這樣基本上可以認(rèn)定音叉發(fā)聲時(shí)，如圖2 的 XX方向的信號(hào)較強(qiáng)

13、，不是干涉產(chǎn)生的加強(qiáng)區(qū)效應(yīng)。由于圖3所示的AA方向?yàn)槿鯀^(qū)，可推斷圖2所示的 XX方向?yàn)閺?qiáng)區(qū)是兩叉股發(fā)聲在該處疊加而加強(qiáng)的結(jié)果，這也完全符合“加強(qiáng)”的理論結(jié)果兩相干波源到該點(diǎn)的波程差等于零，且即使把兩叉股肢解為若干波源，由量輻射方向上，也不在波程差滿足加強(qiáng)效果的方向上之故。一點(diǎn)看法 鑒于上述原因，我們認(rèn)為音叉發(fā)聲時(shí)，雖有明顯的、穩(wěn)定的、強(qiáng)弱間隔的區(qū)域性現(xiàn)象和某個(gè)方向上兩束波疊加而穩(wěn)定加強(qiáng)的情況存在，不是聲波干涉的典型標(biāo)志，不宜在課本上作為演示實(shí)驗(yàn)的范例。演示聲波是縱波的裝置物理課本中沒(méi)有直接說(shuō)明聲波是縱波的演示實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)介紹如下。材料 破底、試管，微型喇叭，信號(hào)發(fā)生器，投影儀，導(dǎo)線及碎泡沫塑料若干

14、。結(jié)構(gòu)整套裝置見(jiàn)下圖。 將 碎 泡 沫 弄 碎（顆 粒 越 小 效 果 越 明 顯），放 入 破 底 試 管中。如圖將微型喇叭放入試管一端，喇叭接到低頻信號(hào)發(fā)生 器低頻輸出端，調(diào)節(jié)輸出值大小旋鈕及頻率選擇旋鈕，使碎泡沫在試管中有明顯疏密分布。將試管放在投影儀上，將現(xiàn)象投射到銀幕上，同學(xué)們就都能看到上述疏密相同現(xiàn)象，說(shuō)明聲波是縱波。實(shí)驗(yàn)五：空氣柱共鳴實(shí)驗(yàn)的改進(jìn) 課本中演示聲音的共鳴實(shí)驗(yàn)時(shí)，用發(fā)聲的音叉作聲 源，放 在 插 進(jìn) 盛 水 容 器 中 的 粗 玻 璃 管 上方。把玻璃管慢慢地從水中提出或插入，改 變 玻璃管中空氣柱長(zhǎng)度，當(dāng)空氣柱長(zhǎng)度達(dá)到 某 值時(shí)，空氣柱跟音叉發(fā)生 共 鳴。這 個(gè) 實(shí)

15、驗(yàn) 方 法 有以下不足之處：。1、音叉發(fā)聲的響度小。2、音叉的頻率不能任意改變。3、用提插玻璃管 辦法調(diào)節(jié)空氣柱長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不太方便 課本中演示聲音的共鳴實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)聲的音叉作聲 源，放 在 插 進(jìn) 盛 水 容 器 中 的 粗 玻 璃 管 上方。把玻璃管慢慢地從水中提出或插入，改 變 玻璃管中空氣柱長(zhǎng)度，當(dāng)空氣柱長(zhǎng)度達(dá)到 某 值時(shí)，空氣柱跟音叉發(fā)生 共 鳴。這 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 方 法 有以下不足之處：。1、音叉發(fā)聲的響度小。2、音叉的頻率不能任意改變。3、用提插玻璃管 辦法調(diào)節(jié)空氣柱長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不太方便。為了加 強(qiáng) 實(shí) 驗(yàn) 效 果，作如下改進(jìn)：在玻璃 管上方安裝一個(gè)揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器和教學(xué)低頻

16、信號(hào)發(fā)生器相聯(lián)，成為一個(gè)響度和頻率 可 以調(diào)節(jié)的聲源。粗玻璃管下方同一個(gè)密閉容器用橡皮管連接起來(lái)，組 成 一 個(gè) 連 通 器。在 密 閉容器上方連接一個(gè)醫(yī)用血壓計(jì)的打氣橡皮 球，在粗玻璃管里注入一定量的水后，捏動(dòng)橡皮球打氣就可以使粗玻璃管內(nèi)水柱升 高，旋松放氣螺絲就可使水壓降低。這樣可以很方便地控制空氣柱的長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)時(shí)先使揚(yáng)聲器發(fā)出一定頻率和一定響度的聲音，調(diào)節(jié)玻璃管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度，當(dāng)空氣柱長(zhǎng)度變化到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)聽(tīng)到很響的共鳴聲，再改變“頻率”作演示，就能找出空氣柱與某一聲波共鳴的規(guī)律。此實(shí)驗(yàn)有條件可以讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)六：簡(jiǎn)易聲學(xué)小實(shí)驗(yàn) 聲音的反射取 兩 只 長(zhǎng) 紙 筒，緊 靠 墻壁

17、對(duì) 稱 地 斜 向 放 置，一人握紙筒，筒口放一手表；另一 人 握 另 一 紙 筒，耳 朵緊貼筒口（如圖），此時(shí)可聽(tīng)到手表的滴答聲，這說(shuō)明聲音能夠反射。聲音在空氣中的傳播敲擊一音叉，把振動(dòng)的音叉靠近懸掛的通草球（。音叉沒(méi)有碰到球，但通草球卻發(fā)生微小的振動(dòng)，這就說(shuō)明聲源振動(dòng)時(shí)在空氣中形成聲波，從通草球振動(dòng)方向，還可以說(shuō)明聲波是縱波。自制“線”話取兩只盛冰淇淋的紙杯（或其它紙杯、紙盒），用一極長(zhǎng)線 穿過(guò)它們的底，并將線兩端各固定在底面上（可用膠紙粘，也可 用火柴桿子）將線適度拉緊（但注意不要拉壞紙杯底）。長(zhǎng)線不可碰 到另外物體。一人嘴對(duì)紙杯輕輕說(shuō)話，則另一人耳貼紙杯可清晰地聽(tīng)到說(shuō)話聲音（如圖）。若

18、兩人位置不變，不用此“線”話，同樣輕輕 對(duì)話，卻聽(tīng)不見(jiàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了聲音在固體（線）也能而且比在空 氣中更容易傳播。 音調(diào)的高低（1）取幾只相同玻璃杯第一只杯不盛水，其它分別盛滿杯水，用木尺輕擊玻璃 杯，可 聽(tīng) 到 不 同 音 調(diào) 的聲音。由于包括水在內(nèi) 的 每 個(gè) 杯 的 固 有 頻 率 不 同，所以振動(dòng)頻率也不同， 從而說(shuō)明音調(diào)取決于振源振動(dòng)頻水量加減到敲擊時(shí)發(fā)出“1”音（比如 悅調(diào)的“1”），則將第二個(gè)杯的水量加減到敲擊時(shí)發(fā)出“2”音，類推，可使各個(gè)杯依次發(fā)出 1、2、3、4、5、6、7各個(gè)優(yōu)美音調(diào)。（2）把一塊塑料片與轉(zhuǎn)動(dòng)的自行車后輪胎接觸，薄片即振動(dòng)發(fā) 聲（圖 緣），利用不同的轉(zhuǎn)速

19、，即可聽(tīng)到不同音調(diào)的聲音，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)愈 快薄片振動(dòng)頻率愈高，音調(diào)也愈高，反之亦然。（3）如圖 遠(yuǎn)把弦繃在小木板上。在圖中，弦繃得比 月弦 緊。圖中，弦比月弦短。圖中，粵弦比月弦細(xì)。分別撥動(dòng)各弦，可以得到音調(diào)不同的聲音。即：弦繃的越緊、越短和弦越細(xì)，弦振動(dòng)得越快，音調(diào)也就愈高。從而說(shuō)明了弦振動(dòng)發(fā)聲與弦的張力、長(zhǎng)度、密度的關(guān)系。聲音的共鳴取二只相同的玻璃杯，各盛1/3的水，用棒敲擊發(fā)聲，并加減水量盡量使兩者發(fā)出聲音相同在 一 個(gè) 杯 上 放 一 細(xì) 線，敲 擊 另 外 一只杯，可以看到細(xì)線微微的振動(dòng)有時(shí)甚至?xí)鸭?xì)線震掉。 在音調(diào)、響度和音品這一節(jié)教學(xué)中，學(xué)生往往對(duì)課本中的波形帶著可疑的眼光去認(rèn)識(shí)它，

20、而對(duì)樂(lè)意的這三個(gè)特性容易發(fā)生相互混 淆，如：音調(diào)高低同響度的大小相混淆，音調(diào)和音品相混淆。現(xiàn)采用收錄機(jī)和示波器相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，介紹如下。器材： 摩擦工具一套、風(fēng)琴一架、笛子一支，音叉一只、音頻信號(hào)發(fā)生 器一臺(tái)、錄音機(jī)一架、示波器四臺(tái)。由于器材較多，我采用全部錄音 的辦法（這樣上課只要用一架錄音機(jī)和四臺(tái)示波器就行），并且結(jié)合示波器進(jìn)行教學(xué)。采用這種教育方法能使聲圖并現(xiàn)，相互對(duì)比，給學(xué)生留下深刻的印象。而且錄音磁帶還可重復(fù)使用和保存。錄音： 樂(lè)音和噪音的演示 在演示樂(lè)意中，我錄制了風(fēng)琴的一個(gè)音。由于腳踏不勻，波幅有變化，變換腳用力時(shí)，看到波形不穩(wěn)，在課堂上要微調(diào)，為此，錄音 時(shí)間應(yīng)在猿園秒左右，而

21、且采用風(fēng)琴的一個(gè)較高音調(diào)發(fā)音，得到的樂(lè) 意波形較好。在錄制噪音時(shí)，可讓鋼銼同木頭相互摩擦，兩者粗糙些為好，否則，從示波器上看到，也有一定的周期性，錄音時(shí)間為20秒。為了比較錄音和噪音的差別，我交替錄制樂(lè)音和噪音共五次。注意的是，在錄制噪音時(shí)，摩擦音盡可能強(qiáng)烈，否則從示波 器上看到樂(lè)意波幅較大，而噪音波幅很小，因?yàn)殇浿茣r(shí)間短，用減少衰減來(lái)提高波幅是困難的。音調(diào)的演示在演示音調(diào)和頻率的關(guān)系時(shí)，必須把振幅相等、頻率不同的信 號(hào)錄到磁帶上，我采用轉(zhuǎn)錄線，把音頻信號(hào)發(fā)生器、低頻勻在的信號(hào)，送到收錄機(jī)的輸入孔。由低到高共檔，先由低高 錄制，錄音時(shí)間20秒，解說(shuō)后，再?gòu)母哳l到低頻錄制從而得到結(jié)論。波形特點(diǎn)相

22、當(dāng)穩(wěn)定，波形個(gè)數(shù)改變相當(dāng)明顯。 注意，信號(hào)源輸出幅度應(yīng)調(diào)相等，否則會(huì)引起學(xué)生的迷惑。為了加深理解，用音階解釋音調(diào)是最好的辦法。我錄制了風(fēng)琴的音調(diào)變化，由低到高錄五個(gè)音），發(fā)現(xiàn)低頻波形不穩(wěn)難微調(diào)，高頻波形較好。我又錄制了一個(gè)女同學(xué)的發(fā)音，感覺(jué)到音調(diào)越來(lái)越高，從示波器上看到波形個(gè)數(shù)越來(lái)越多。由于人的呼吸量有限，所以一般各個(gè)音發(fā)10秒左右，這樣課堂演示時(shí)，微調(diào)動(dòng)作要求要快。響度的演示在演示響度和聲強(qiáng)的關(guān)系時(shí)，我錄制一個(gè)音叉的聲音， 錄三次，這樣從示波器上可看到波形較穩(wěn)定（有時(shí)出現(xiàn)雙跡），振幅變化明顯，效果很好。為了加深理解，我錄制等幅低頻信號(hào)，用來(lái)演示 收錄機(jī)中的音量、音調(diào)、響度三個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，加深

23、理解。（因?yàn)樯钪泻芏嗳藭?huì)使用收錄機(jī)，但不知道旋轉(zhuǎn)旋鈕是改變什么，所以最 好演示一下）音品我們沒(méi)有鋼琴和黑管，而兒童用的鋼琴又代替不了，因?yàn)榘l(fā)音時(shí)間太短，為此演示音品時(shí)，我錄制笛子和風(fēng)琴的發(fā)音。先把笛子調(diào)到與風(fēng)琴的一個(gè)較高音調(diào)相同，然后交替錄制四次雖然感覺(jué)到音調(diào)相同，學(xué)生卻能分清是笛子還是風(fēng)琴在演奏。從示波器可以看到，都不是正弦或余弦曲線，但都是周期性 變化，而且波形不同，這樣有利于我們分析音品是由什么決定的。示波器和收錄機(jī)結(jié)合教學(xué)，接線很方便，從收錄機(jī)輸出孔，取出信號(hào)，接到示波器“ 再”輸入端，示波器的掃描頻率勻在一檔。由于熒光屏較小，可采用多臺(tái)示波器并聯(lián)的辦法，來(lái)提高課堂效果。用錄音機(jī)演示

24、的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)按照中學(xué)物理教學(xué)大綱的要求，新編物理教材增添了關(guān)于聲學(xué)知識(shí)的介紹。鑒于目前錄音機(jī)已相當(dāng)普及，將它用于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為，大有潛力可挖。杭州大學(xué)胡芬老師翻譯介紹了兩則 用錄音機(jī)演示聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的嘗試。演示和驗(yàn)證音調(diào)和頻率的關(guān)系先用事先錄好的頻率由低到高的音調(diào)來(lái) 讓學(xué)生熟悉音調(diào)高低 的區(qū)別。然后取一盤已錄好某一固定頻率樂(lè)意的錄音帶來(lái)來(lái)。當(dāng)以正 常帶速放音時(shí)，這時(shí)具有一定聲調(diào)；而當(dāng)以較快的帶速放音時(shí)（例如按下錄音機(jī)上的快進(jìn)選聽(tīng)鍵），這就相當(dāng)于提高了聲源的頻率，從而使音調(diào)明顯地變得“尖細(xì)且高亢”。反之若人為地適當(dāng)降低帶速，則又可感覺(jué)到音調(diào)變得“渾厚而低沉”。另外我們還可以取一條20米長(zhǎng)的已錄

25、好樂(lè)意的錄音帶，如采取手動(dòng)方式使它由靜止開(kāi)始逐漸加速通過(guò)放音磁頭時(shí)，就可產(chǎn)生類似警報(bào)聲那樣逐漸升高的變音調(diào)聲，借此可進(jìn)一步說(shuō)明音調(diào)和頻率的關(guān)系，同時(shí)這還可作為聲音的多普勒效應(yīng)的模擬演示。“郾擊鐘磬鳴”現(xiàn)象的模擬演示為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及擴(kuò)大知識(shí)面，高中物理乙種本特增加 一篇閱讀材料：我國(guó)古代對(duì)共鳴現(xiàn)象的研究和應(yīng)用，學(xué)生對(duì)其中 的“擊鐘磬鳴”頗有興致但又好信好疑。而利用錄音機(jī)則可巧妙地 對(duì)這一共鳴現(xiàn)象加以模擬和驗(yàn)證。具體做法是：取一只以白鐵皮為材料制成的畚箕（選用舊的甚至稍有裂逢的,效果較好），在其邊緣鉆一小孔并用細(xì)鐵絲懸掛起來(lái)，用一布錘間隙地猛擊鐵畚箕底部中間某一固定部位使其振動(dòng)并用錄音機(jī)錄下

26、這種敲擊聲。待到課堂演示時(shí)則須將該鐵畚箕照原樣懸掛起來(lái)并緊挨著它 懸掛一個(gè)“驗(yàn)音球”（這可用細(xì)線懸掛一燈草球做成）。這樣在錄音 機(jī)中重新放出畚箕敲擊聲時(shí)，該“驗(yàn)聲球”也隨“聲”起舞，甚是有趣。 這是由于錄音機(jī)中所發(fā)出聲音頻率基本上和鐵畚箕的固有頻率相同從而誘發(fā)了共振的緣故。若在鐵畚箕上夾一票夾（用以改變其固有頻率），則當(dāng)錄音機(jī)中再放出上述敲擊聲時(shí)，“驗(yàn)聲球”就基本不再 隨之起舞了。這又演示了消除共鳴的一種方法。實(shí)驗(yàn)七：聲速的測(cè)定在初等物理學(xué)和聲學(xué)中，許多實(shí)驗(yàn)的目的是要測(cè)定聲速。一個(gè) 眾所周知的方法是測(cè)量一個(gè)和它的回聲兩者之間的時(shí)間。一個(gè)學(xué)生站在閉合的大廳的盡頭，能測(cè)得拍手和所得到的回聲之間的時(shí)

27、間 間隔，再測(cè)得大廳的總長(zhǎng)度，就能計(jì)算出聲速。技術(shù)上的困難是，拍手和回聲兩者間的時(shí)間間隔通常是十分小的。老師通過(guò)連續(xù)地拍打，使得每個(gè)拍打與前一個(gè)拍打的回聲相重 合，就能獲得比較精確的結(jié)果。這拍打的頻率，可以由第二個(gè)學(xué)生 在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，計(jì)算拍 打的數(shù)目來(lái)確定。然后由頻率確定周期。 在中等長(zhǎng)度的大廳里，技術(shù)上，要維持均勻的拍打頻率，是有困難的，因?yàn)橐诖笥跀?shù)妙鐘內(nèi)，維持適當(dāng)?shù)墓?jié)奏是非常困難的。為了解決這一矛盾，我們 成功地利用音樂(lè)聲學(xué)中的音樂(lè)大調(diào)，其過(guò)程是，發(fā)出的拍打打和回 聲與音樂(lè)的時(shí)間相聯(lián)系，這關(guān)系由圖說(shuō)明： 現(xiàn)在拍打回聲的計(jì)時(shí)變成了拍打回聲休止，休止。這周期 變成了 遠(yuǎn)乘拍打頻率的倒數(shù)。余下

28、來(lái)的困難是由于聽(tīng)覺(jué)的疲勞，聽(tīng) 取你的特有的拍打回聲常常較困難，這個(gè)困難可以由第三個(gè)學(xué)生來(lái) 解決，這第三個(gè)學(xué)生作為“聽(tīng)者”站在離拍手者不到一的地方。這“聽(tīng)者”現(xiàn)在能清楚地聽(tīng)取拍打及其回聲，起著直接接收者的作用，經(jīng)過(guò)這些修改工作，由受過(guò)一些音樂(lè)訓(xùn)練的學(xué)生來(lái)做實(shí)驗(yàn)，就能獲得驚人的準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)八：聲音共鳴實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（一）在現(xiàn)行物理教材中，通常用兩個(gè)頻率相同的音叉來(lái)做聲音共鳴 的實(shí)驗(yàn)。如圖，這種實(shí)驗(yàn)聲音共鳴現(xiàn)象并不明顯。原因有兩點(diǎn)：（1）用橡皮槌敲擊音叉的振動(dòng)幅度小，能量低，不能引起音叉較大 的振動(dòng)而發(fā)出響亮的聲音；（2）因兩音叉及共 鳴箱總存在一定差異（質(zhì)量材料等）。共鳴條件不十分充足。改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)

29、器材：帶共鳴箱的音叉兩個(gè)，功率較大的錄音機(jī)一臺(tái)，橡皮槌一個(gè)，空白磁帶一盒。實(shí)驗(yàn)方法：（1）將音叉插入共鳴箱，對(duì)準(zhǔn)錄音機(jī)孔（錄音話筒）用橡皮槌用 力敲擊音叉，用錄音機(jī)錄下發(fā)出的聲音，然后把磁帶倒回。（2）把帶音叉的共鳴箱放在錄音機(jī)附近，將共鳴箱口對(duì)準(zhǔn)揚(yáng)聲 器，把錄音機(jī)的音量放大，按下錄音鍵，放出剛才錄制的音叉聲。當(dāng) 將放完時(shí)，關(guān)閉錄音機(jī)。音叉發(fā)出較響亮的聲音，全班同學(xué)都能聽(tīng) 到。這個(gè)實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了課本中實(shí)驗(yàn)的不足，取得了較明顯效果，并且 錄音帶可長(zhǎng)期保存使用。實(shí)驗(yàn)九：聲音共鳴實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（二） 高中物理課本中演示音叉和空氣柱發(fā)生共鳴的實(shí)驗(yàn)。為了做好此實(shí)驗(yàn)，如圖所示，音叉； 直徑約30毫米，長(zhǎng)約300毫

30、米的玻璃管（可用日光燈管除去兩端燈絲，將熒光粉清洗干凈后代替）； 刻度尺； 皮塞； 細(xì)玻璃管； 橡皮管； 止水夾（醫(yī)院給病人輸液打吊針控制針液流量的夾子）； 水槽。將音叉、玻璃管及刻度尺固定于鐵架臺(tái)上?？潭瘸呱系牧憔€要 對(duì)準(zhǔn)玻璃管的管口。在玻璃管內(nèi)灌滿紅色水，用橡皮錘敲打音叉后，同時(shí)調(diào)節(jié)止水夾使玻璃管內(nèi)的水以一定的流量 流入水槽中。觀察玻璃管內(nèi)空氣柱增加的同時(shí)，注意聲音大小的變化。當(dāng)聲音達(dá)到最大時(shí)，立刻調(diào)節(jié) 止水夾停止水下流。這時(shí)，就可從刻度尺上確定出 玻璃管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度，這就是音叉和空氣柱發(fā)生 共鳴的最小長(zhǎng)度。為了使這個(gè)長(zhǎng)度較準(zhǔn)確些，開(kāi)始 時(shí)，水流量可大些，當(dāng)要接近于共鳴長(zhǎng)度時(shí)水流量要 小

31、些。在課前老師可多做幾次，確定其空氣柱共鳴的長(zhǎng)度，以使上課時(shí)做到心中有數(shù)。當(dāng)然，也可采用如圖 圓所示的裝置作上述實(shí)驗(yàn)，上、下移動(dòng)右邊玻璃管達(dá)到控制左邊玻璃管內(nèi)空氣柱之長(zhǎng)度。 也可將喇叭與低頻信號(hào)源相接，作為聲源如圖所示。若低頻信號(hào)源又是連續(xù)可調(diào)時(shí)，這更好。一方面當(dāng)聲源的頻率一定時(shí)，改 變空氣柱的長(zhǎng)度可達(dá)到共鳴；另一方面也可做當(dāng)空氣柱的長(zhǎng)度一定時(shí)，改變低頻信號(hào)源的頻率也可達(dá)到共鳴的目的。一般低頻信號(hào)源 輸出的電壓很小，接上喇叭后聲音很微弱。不過(guò)發(fā)生共鳴后，全班 同學(xué)都可以聽(tīng)見(jiàn)共鳴聲。經(jīng)以上改進(jìn)后，此實(shí)驗(yàn)的直觀性增強(qiáng)了，操作也更方便。實(shí)驗(yàn)十：聲音共鳴實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（三）在高中課本“聲學(xué)”中，關(guān)于聲波共

32、鳴現(xiàn)象演示器是向水槽內(nèi)注水來(lái)改變玻璃管中空氣柱的高度 來(lái)產(chǎn)生共現(xiàn)象，從而求出該聲波的波長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)在改變空氣柱的高度時(shí)較煩，且不能連續(xù)可調(diào)。對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)。用注射器代替槽，且在玻璃管中用鋼卷尺自上而下地固定在玻璃管內(nèi)壁中。在實(shí)驗(yàn)時(shí)來(lái)回 推動(dòng)注射器，可達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)玻璃管中空氣柱的高度，使其達(dá)到最 佳的共鳴效果。讀出此時(shí)標(biāo)尺上空氣柱的高度值，求出該波的波長(zhǎng)。改進(jìn)后操作方便，現(xiàn)象明顯，不妨一試。實(shí)驗(yàn)十一：測(cè)定聲波波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（一）教材上關(guān)于測(cè)定聲波的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，是采用聲音的共鳴法來(lái)測(cè)定聲波力波長(zhǎng)，其原理簡(jiǎn)單 易作，很有特色。但美中不足的是：由于音叉發(fā)出的聲音很小，持續(xù)時(shí)間較短，致使學(xué)生很難聽(tīng)到共鳴的

33、聲音，從而影響實(shí) 驗(yàn)效果。如果對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改進(jìn)，它就不僅能保持 原有的優(yōu)點(diǎn)，而且可增加實(shí)驗(yàn)的效果，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更為 準(zhǔn)確。具體方法是：用一個(gè)帶共鳴箱的音叉代替原來(lái)的 單純音叉，如附圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)，其原理與裝置均不變，只是將原操作步驟 中“把發(fā)聲的音叉放在玻璃管的上方”這一步改為“先敲 擊音叉，然后將發(fā)聲的共鳴箱口放在玻璃管的上方”。 由于共鳴箱發(fā)出的聲音較大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因而它與玻 璃管中的空氣柱發(fā)生的共鳴聲也較響亮，聽(tīng)得很清楚， 而且可以連續(xù)聽(tīng)到 圓次共鳴聲，從而使實(shí)驗(yàn)效果很明 顯，所測(cè)得的波長(zhǎng)也較為準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)十二：測(cè)定聲波波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（二）高中物理課本寫道：“在盛水的容器中插一根粗玻璃管可

34、以證明：跟某一聲波共鳴的空氣柱的最短長(zhǎng)度等于該聲波的波長(zhǎng)。因此，利用空氣柱的共鳴可以測(cè)定聲波的波長(zhǎng)”。對(duì)該實(shí)驗(yàn)作如下改進(jìn)和解釋：實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（1） 粗玻管可用去掉內(nèi)壁熒光粉的廢日光燈管做成，在管的外 壁上貼帶有刻度的紙帶；（2）盛水容器用塑料瓶做，將底部打開(kāi)，瓶口套上橡皮管，皮管另一端套在玻管下面；（3）音叉可改用揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器接在學(xué)生信號(hào)源正弦波的接線柱上。如圖一所示。 實(shí)驗(yàn)方法接通電源，調(diào)節(jié)信號(hào)源調(diào)頻旋鈕，使揚(yáng)聲器發(fā)聲，慢慢放低盛水 容器，水面由管中降落，管中空氣柱增長(zhǎng)，當(dāng)增長(zhǎng)到一定值時(shí)，空氣柱跟聲波共鳴，發(fā)出相當(dāng)強(qiáng)的共鳴聲。再慢慢放低容器，空氣柱增長(zhǎng)到另一個(gè)定值時(shí)，又可聽(tīng)到共鳴聲，不過(guò)，聲

35、響次之。再向下放低容器，只要管子足夠長(zhǎng)，還可聽(tīng)到第三第四個(gè)共鳴聲，但聲響逐次變小，這樣，反復(fù)測(cè)試，可測(cè)出某聲波的波長(zhǎng)及 該溫度下的波速。解釋當(dāng)揚(yáng)聲器按某一頻率振動(dòng)時(shí)，激起周圍該管子中空氣分子振動(dòng)，當(dāng)聲波傳到水面時(shí)，水面不容許空氣分子向下振動(dòng)， 聲波被反射回來(lái)。由于反射聲波跟入射聲波的振幅相同，頻率相等，傳播方向相反，在管中產(chǎn)生波的干涉。就如同拉緊的弦振動(dòng)遇到節(jié)點(diǎn)后反射回來(lái)產(chǎn)生波的干 涉一樣，振動(dòng)最強(qiáng)的點(diǎn)稱為反節(jié)點(diǎn)，振動(dòng)最弱的點(diǎn)稱 為節(jié)點(diǎn)。如圖二所示。從圖中看出，管中的干涉波 在水面處是節(jié)點(diǎn)，開(kāi)口處是反節(jié)點(diǎn)時(shí)，只有這樣，空 氣柱才能跟聲波發(fā)生共鳴。因?yàn)榉垂?jié)點(diǎn)在開(kāi)口處， 空氣分子振動(dòng)最強(qiáng)，最容易跑

36、到開(kāi)放的空間中去，分 子振動(dòng)達(dá)到極大值，聲音會(huì)大大地增強(qiáng)。如果開(kāi)口處不是反節(jié)點(diǎn)，空氣分子振動(dòng)很小，不容易走到開(kāi)放 的空中，就不會(huì)發(fā)生共鳴，開(kāi)口處反節(jié)點(diǎn)到水面處節(jié)點(diǎn)的距離分別是波長(zhǎng)。只有圖中，聲波反射的時(shí)間和距離都最短，能量消耗最少，所以共鳴聲最響。實(shí)驗(yàn)十三：樂(lè)音與噪聲實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)物理課本講述樂(lè)音與噪聲一節(jié)內(nèi)容，做好該演示實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。對(duì)于條件較差的為了完成教學(xué)大綱規(guī)定的必做實(shí)驗(yàn)，下面介紹了一 種簡(jiǎn)易方法。教材用驗(yàn)音盤，即帶小孔等間隔和間距不規(guī)的圓盤解決樂(lè)音與噪聲的區(qū)別。對(duì)驗(yàn)音盤的制作并非難事，也易做成功，問(wèn)題是“氣源”怎樣 解決？我們采用一膠皮籃球 開(kāi)一小孔，插入一細(xì)管（若為了操作方便在細(xì)管另一

37、端用細(xì)乳膠管延伸），籃球的打氣孔接上一個(gè)打氣筒，如圖所示。實(shí)驗(yàn)步驟： 將手指堵住細(xì)管口，用打氣筒給籃球充足氣。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)驗(yàn)音盤，松開(kāi)指頭將氣源對(duì)準(zhǔn)驗(yàn)音盤小孔。由于驗(yàn)音盤小孔是間隔的，打氣筒連續(xù)不斷地打氣，噴出的氣流周 期性地穿過(guò)小孔，使圓盤上方的空氣壓縮形成周期性振動(dòng)的聲源， 這時(shí)聽(tīng)到的是頻率一定的聲音樂(lè)音。若換驗(yàn)音盤月，小孔間距不規(guī)則，結(jié)果發(fā)出的是難聽(tīng)的噪聲。 此實(shí)驗(yàn)“氣源”的特點(diǎn)：氣壓足，無(wú)噪聲，氣流連續(xù)不斷，是驗(yàn)證樂(lè)聲與噪聲實(shí)驗(yàn)的理想氣源之一。實(shí)驗(yàn)十四：聲速測(cè)量的研究 聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的縱波，聲速是描述聲波在媒質(zhì)中傳播特性的一個(gè)基本物理量。對(duì)超聲波（頻率超過(guò)2×104H

38、z的聲波）傳播速度的測(cè)量在超聲波測(cè)距、測(cè)量氣體溫度瞬間變化等方面具有重大意義。超聲波在媒質(zhì)中的傳播速度與媒質(zhì)的特性及狀態(tài)因素有關(guān)。影響聲音傳播速度的有兩個(gè)因素:介質(zhì)和波源。而聲音傳播的介質(zhì)密度越大聲音傳播的速度就越大。觀察聲音在液體中的傳播波形，更好的測(cè)量了聲音在液體中的傳播速度，及分析了外界因素對(duì)聲速的影響。 設(shè)計(jì)原理及方法：1原理：在波動(dòng)過(guò)程中，波速、波長(zhǎng)和頻率之間存在下列關(guān)系：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出波長(zhǎng)和頻率，就可求出聲速。超聲波的產(chǎn)生與接收可以由兩只結(jié)構(gòu)完全相同的超聲壓電陶瓷換能器分別完成。壓電陶瓷換能器可以實(shí)現(xiàn)聲壓和電壓之間的轉(zhuǎn)換，它主要由壓電陶瓷環(huán)片、輕金屬鋁（做成喇叭形狀，增加輻射面積）

39、和重金屬（如鐵）組成。超聲波的產(chǎn)生是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在交變電壓作用下，壓電陶瓷縱向長(zhǎng)度周期性地伸、縮，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而在空氣中激發(fā)出超聲波。超聲波的接收是利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)使聲壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?壓電換能器系統(tǒng)有其固有的諧振頻率，當(dāng)輸入電訊號(hào)的頻率接進(jìn)諧振頻率時(shí)，壓電換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振，等于諧振頻率時(shí)，它的振幅最大，作為波源其輻射功率就最大；當(dāng)外加強(qiáng)迫力以諧振頻率迫使壓電換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振時(shí)，它作為接收器轉(zhuǎn)換的電訊號(hào)最強(qiáng)，即靈敏度最高。本實(shí)驗(yàn)中，壓電換能器的諧振頻率在35k39kHz范圍內(nèi)，相應(yīng)的超聲波波長(zhǎng)約為1cm。由于波長(zhǎng)短，而發(fā)射器端面直徑比波長(zhǎng)大得多，因而定向發(fā)射性

40、能好，離發(fā)射器端面稍遠(yuǎn)處的聲波可以近似認(rèn)為是平面波。 位相比較法測(cè)聲速波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說(shuō)是位相的傳播。沿傳播方向上的任何兩點(diǎn)，如果其振動(dòng)狀態(tài)相同，即兩點(diǎn)的位相差為的整數(shù)倍，這時(shí)兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍。即 (為一正整數(shù)) (4-8-2) 利用式(4-8-2)可以精確地測(cè)量波長(zhǎng)。由于發(fā)射器發(fā)出的是近似于平面波的聲波，當(dāng)接收器端面垂直于波的傳播方向時(shí)，其端面上各點(diǎn)都具有相同的位相。沿傳播方向移動(dòng)接收器，可以找到一些位置使得接收到的信號(hào)與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相，相鄰兩次達(dá)到同相時(shí)，接收器所移動(dòng)的距離必然等于聲波的波長(zhǎng)。為了判斷位相差并且測(cè)定波長(zhǎng)，可以利用示波器顯示接收器的信號(hào)波形，并

41、且沿波傳播方向移動(dòng)接收器尋找接收器信號(hào)的同相點(diǎn)。也可以利用李薩如圖形判斷位相差，如圖4-8-3所示。當(dāng)這兩信號(hào)同相或反相時(shí)，李薩如圖形由橢圓退化為向右或向左斜的直線，利用李薩如圖形形成斜直線來(lái)判斷位相差最為敏銳。沿波傳播方向移動(dòng)接收器，當(dāng)位相差改變時(shí)相應(yīng)距離的改變量即為半波長(zhǎng)(/2)。圖4-8-33、實(shí)驗(yàn)方法用位相比較法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-8-1所示。將兩只換能器的正弦電壓信號(hào)分別輸入到示波器的“X軸”和“Y軸”，熒光屏上便顯示出兩個(gè)相同頻率的垂直振動(dòng)的合成圖形。當(dāng)接收器從發(fā)射器附近慢慢移開(kāi)時(shí)，接收器與發(fā)射器間的位相差隨移動(dòng)的距離變化，熒光屏上的圖形也相應(yīng)地周期性變化（如圖3-14-4）。在

42、移動(dòng)接收器的同時(shí)，注意觀察屏上圖形的變化。每當(dāng)屏上出現(xiàn)斜直線圖形時(shí)，從游標(biāo)卡尺上直接讀出反向點(diǎn)和正相點(diǎn)的位置。 由于發(fā)射端信號(hào)比接收端強(qiáng)，而一般示波器Y軸靈敏度比X軸高，因此通常Y軸接接收端信號(hào)，X軸接發(fā)射端信號(hào)。 將示波器“掃描范圍”旋鈕扳到“X-Y”位置。適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器，使熒光屏上的李薩如圖形能便于觀察。如果圖形效果不好，可調(diào)節(jié)X軸和Y軸的衰減旋鈕。 移動(dòng)接收器，逐漸改變兩只換能器的間距，觀察熒光屏上李薩如圖形的變化。每當(dāng)屏上呈現(xiàn)出正、負(fù)斜率的直線圖形時(shí)，從游標(biāo)卡尺上讀出該位置的數(shù)值并記錄。 記下室溫t，根據(jù)聲速的理論公式計(jì)算t時(shí)聲速的理論值： 式中：T=(t+273.15)K；V0=331.45m/s(為T0=273.15K時(shí)的聲速)。V的單位為m/s。（5）先在測(cè)試槽中注入水，直到把換能器完全浸沒(méi)，不能超過(guò)液面線。（6）測(cè)試方法同上。（7）再把水換成鹽水，測(cè)試方法同上。圖4-8-l4、數(shù)據(jù)記錄與處理：相位比較法：空氣 溫度：t= 15 0C 諧振頻率： 36977 HZ測(cè)量次數(shù)（i）1234567891027.6132.3437.0141.6046.3050.8955.6560.2664.9669.5223.2823.3123.2523.3623.2223.242 mm0.072