大學物理實驗設(shè)計性實驗方案.123333333doc

1、大學物理實驗設(shè)計性實驗方案實驗題目：音叉聲波的干涉班 級：物理學2011級（2 ）班學號：2011433196姓名：趙得芳指導教師：粟 瓊凱里學院物理與電子工程學院2013年5月、八 、-前言用橡膠錘敲擊音叉， 聲波將向空間的各個方向傳播形成聲場。 由于音叉產(chǎn)生 的聲波在空間中將會發(fā)生干涉現(xiàn)象， 因此在音叉的周圍將會出現(xiàn)聲音強弱的分布 區(qū)域，并且將會呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。 音叉分為兩股它的兩股以同樣的頻率做開合 運動。每一股都將帶動它的內(nèi)外兩側(cè)氣體形成疏密波 ，因而音叉振動時可以認為 每股兩側(cè)各有一個聲源 而且這兩個聲源是反相的。按照聲學的分析方法 ，應該區(qū)分近場區(qū)和遠場區(qū) ， 對近場區(qū)音叉的每一

2、股 的內(nèi)外兩個側(cè)面可以近似視為活塞式聲源組成的聲柱 ; 而對遠場區(qū)，任何聲源都 可以近似視為球源由于近場區(qū)聲源性質(zhì)十分復雜 本文以下將只討論遠場區(qū)。一、實驗目的1. 了解音叉聲場的產(chǎn)生原理。2. 探究音叉聲場的規(guī)律。二、實驗原理音叉的叉股只能抽象為通常的面波源或特殊的平面波源和點波源，因此 縱波干涉的規(guī)律是不可能直接應用于音叉干涉情況的 ! 那么音叉周圍存在的聲 波干涉，也就應該能夠通過這些波源振動發(fā)出聲波的疊加來加以解釋。1. 只考慮內(nèi)側(cè)面 s1,s 2振動時聲波的疊加情況。強I弱弱中當內(nèi)側(cè)面Si、S2振動發(fā)聲時,遠場區(qū)的綜合波完全可以等效為一個由特殊點波源振動發(fā)出的波，如圖1所示,其波動方

3、程為:xs=As(r, 0 )cos3 (t-r/v)+© 其中，As(r, 0), As(r, n)最小，As (r, n /2)、As(r,3 n /2)最大。只考慮外側(cè)面S/i,S/2振動發(fā)聲時聲波的疊加情況。中/中/ / /VI； 一| 卜 強X/ /X/中人、/中弱圖2如圖2所示，由于d相距很小，d=2cm,d<<入對于遠場區(qū)來說，s/i,S/2可以等效為特殊的點波源，其波動方程為：Xs/=As，0)cos3 (t-r/v)+ © o- n ,其振動的分布圖像如圖。2. 同時考慮內(nèi)外側(cè)面振動發(fā)聲時聲波振動疊加的情況。當內(nèi)外側(cè)面同時振動時，其波動方程為X

4、=A s(r, 0 )-A s/(r, 0 )cos w (t-r/v)+© o其合成波的波面情況如圖3所示強"弱/秀/ i強 +" *1*強叫S S 2 SX2/圖3綜上所述可以看出，音叉周圍存在的聲波干涉，并不是由叉股作為點狀 相干聲源發(fā)出的兩列聲波簡單干涉的結(jié)果，而是由叉股內(nèi)側(cè)面發(fā)出的兩列聲 波、叉股內(nèi)側(cè)面反射對方的兩列聲波、叉股內(nèi)側(cè)面對對方聲波的強烈阻擋和 衍射以及叉股外側(cè)面發(fā)出的兩列聲波等多種因素相互影響、綜合干涉的結(jié)果,三、實驗儀器音叉，示波器，麥克風，放大器，回轉(zhuǎn)臺四、實驗條件及儀器要求1. 麥克風的靈敏度要高，以便于準確地反映出聲場的分布。2. 實

5、驗應在相對空曠的地方進行，以免反射反射回來的聲波的干擾。五、實驗內(nèi)容1安裝好實驗儀器，檢測各儀器是否都處于正常狀態(tài)。2用麥克風以音叉的中點為圓心，圍繞音叉一圈并探測其各個位置聲音強 弱的情況。3. 根據(jù)理論分析知，在遠場區(qū)的周圍會有四個最強點和四個最弱點，找出 并記錄下來。4通過實驗數(shù)據(jù)，描繪出音叉聲場的分布圖像。六、數(shù)據(jù)記錄分別以1,23為半徑，找出音叉聲場中強弱點的位置。以穿過兩股音叉中間的軸線為y軸，音叉的連線為X軸角度 B 半徑 r(cm)'''0045°90°135°180°2225°270°36°°rir2r3七、參考文獻