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，必須用一臺運(yùn)行正常的錄音機(jī)來改裝。 早期錄音機(jī)的電動機(jī)采用離心式調(diào)速器，安裝在電動機(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，改裝起來比較方便。 電子調(diào)速器是一個穩(wěn)壓電路，將電動機(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機(jī)內(nèi)，有的裝在電動機(jī)外，隨身聽錄音機(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)壓電路裝在電動機(jī)外，其它類型的穩(wěn)壓電路裝在電動機(jī)內(nèi)。改裝時打開錄音機(jī)外殼，找到電動機(jī)穩(wěn)壓電路的可調(diào)電阻，把它焊下來，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。裝在電動機(jī)內(nèi)的穩(wěn)壓電路改裝麻煩一些，必須取出電動機(jī)，小心地撬開底蓋，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。 改裝工作一定要請有維修經(jīng)驗(yàn)的人來做，否則會弄巧成拙，甚至把錄音機(jī)弄壞。也可以把改裝要求告訴修理部門，請他們來改裝。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，然后放在變速錄音機(jī)

3、中放音，改變錄音機(jī)帶速使信號頻率變化，可以聽到音調(diào)也隨著變化，說明音調(diào)的改變決定于頻率的改變。如果連續(xù)反復(fù)改變帶速，還可以聽到類似報警的聲音。 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頻率的差別。如果在課堂上請學(xué)生說話或者唱歌，當(dāng)場錄下來，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)二：兩個聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn) 經(jīng)改進(jìn)后的這兩個聲學(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，頗受學(xué)生歡迎?，F(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?；再從收錄機(jī)的線路輸出孔取出信號接示波器，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，就能從收錄機(jī)里清晰地聽到音叉圖3聲忽強(qiáng)忽弱，同時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、個與收錄機(jī)話筒輸入插孔同型號的插頭，見右圖 。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至示波器?，F(xiàn)在，只要敲擊音叉 ，從收錄機(jī)里就能聽到音叉的響聲，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使音叉 月產(chǎn)生了共鳴。同時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)，此時便聽不到共鳴聲，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、樂音這部分教材，教學(xué)起來十分枯燥無味，學(xué)生聽起來也無精打采，對音調(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，對活躍學(xué)習(xí)氣氛，增進(jìn)概念理解很有效果，并且實(shí)驗(yàn)裝置也比較簡易，今簡單介紹如下：響度音調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置與演示 把教學(xué)的低頻訊號發(fā)生器（上海教學(xué)儀器廠生產(chǎn)）的正弦波輸出的二個接線柱，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)到收不到電臺的位置），另外再用兩

7、根導(dǎo)線從低頻訊號發(fā)生器的正弦波原來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頻率大小關(guān)系。（ 3）對比響度和音調(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)中聽到訊號響度的大小，同時從示波器的熒光屏上可以看到訊號振幅的大小，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)中聽到訊號音調(diào)的高低，同時從示波器的熒光屏上可以看到訊號頻率的大小，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，只改變訊號發(fā)生器的幅度輸出，讓學(xué)生聽聲音的變化；只改變訊號發(fā)生器的頻率，讓學(xué)生聽聲音的變化，圖2噪聲樂音的實(shí)驗(yàn)裝置與演示 把噪聲、樂音和樂器吹奏的音樂曲子事先錄制在磁帶上，實(shí)驗(yàn)時把錄音機(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，訊號可以從錄音機(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)（見圖 2 ），利用半導(dǎo)體收音機(jī)的功放級放音（事先要將半導(dǎo)體收音機(jī)調(diào)到收不到電臺廣播的位置），實(shí)驗(yàn)時，開啟示波器，而后把錄制的磁帶裝入錄音機(jī)的盒帶倉中，稍等片刻，撳下錄音機(jī)的放音鍵，即可聽到它們的聲音和看到它們的各自振動圖線，有聲有色，形象動人，學(xué)生對此尤感興趣，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“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，它的兩個叉股是兩個相同的波源，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)，就會聽到聲音忽強(qiáng)忽弱?！睂Υ藬⑹鲆杨H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，確能明顯地感覺到聲音忽強(qiáng)忽弱現(xiàn)象的存在，說明波動強(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所示固定在鐵架臺上，在數(shù)米外放置一只放大音響設(shè)備，用無線話筒采納音叉發(fā)聲情況，時間選在晚上學(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強(qiáng)弱情況。反復(fù)測試表明：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)對準(zhǔn)中心 ，如圖3所示。其它方向亦可參照圖3 ，否則雖在強(qiáng)區(qū)亦采不到強(qiáng)信號，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，就是說，不可能在此實(shí)驗(yàn)的整個可尋區(qū)域找到波程差為半波長的奇數(shù)倍、振動明顯減弱的點(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)，而于振動波源叉股為面狀物有關(guān)。為證實(shí)此猜測，把一蠟紙刻寫鋼板（長寬厚分別約為340毫米、70毫米、2毫米）按如圖3所示懸掛在鐵架臺上，敲擊鋼板平面，仍用上述采聲放大檢測裝置試驗(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，如圖2 的 XX方向的信號較強(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，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有直接說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，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 玻璃管中空氣柱長度，當(dāng)空氣柱長度達(dá)到 某 值時，空氣柱跟音叉發(fā)生 共 鳴。這 個 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)空氣柱長度，實(shí)驗(yàn)操作時不太方便 課本中演示聲音的共鳴實(shí)驗(yàn)時，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 玻璃管中空氣柱長度，當(dāng)空氣柱長度達(dá)到 某 值時，空氣柱跟音叉發(fā)生 共 鳴。這 個 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)空氣柱長度，實(shí)驗(yàn)操作時不太方便。為了加 強(qiáng) 實(shí) 驗(yàn) 效 果，作如下改進(jìn)：在玻璃 管上方安裝一個揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器和教學(xué)低頻

16、信號發(fā)生器相聯(lián)，成為一個響度和頻率 可 以調(diào)節(jié)的聲源。粗玻璃管下方同一個密閉容器用橡皮管連接起來，組 成 一 個 連 通 器。在 密 閉容器上方連接一個醫(yī)用血壓計的打氣橡皮 球，在粗玻璃管里注入一定量的水后，捏動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度。實(shí)驗(yàn)時先使揚(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)空氣柱長度，當(dāng)空氣柱長度變化到一定數(shù)值時，就會聽到很響的共鳴聲，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：簡易聲學(xué)小實(shí)驗(yàn) 聲音的反射取 兩 只 長 紙 筒，緊 靠 墻壁

17、對 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），此時可聽到手表的滴答聲，這說明聲音能夠反射。聲音在空氣中的傳播敲擊一音叉，把振動的音叉靠近懸掛的通草球（。音叉沒有碰到球，但通草球卻發(fā)生微小的振動，這就說明聲源振動時在空氣中形成聲波，從通草球振動方向，還可以說明聲波是縱波。自制“線”話取兩只盛冰淇淋的紙杯（或其它紙杯、紙盒），用一極長線 穿過它們的底，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）。長線不可碰 到另外物體。一人嘴對紙杯輕輕說話，則另一人耳貼紙杯可清晰地聽到說話聲音（如圖）。若

18、兩人位置不變，不用此“線”話，同樣輕輕 對話，卻聽不見。這個實(shí)驗(yàn)說明了聲音在固體（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 到 不 同 音 調(diào) 的聲音。由于包括水在內(nèi) 的 每 個 杯 的 固 有 頻 率 不 同，所以振動頻率也不同， 從而說明音調(diào)取決于振源振動頻水量加減到敲擊時發(fā)出“1”音（比如 悅調(diào)的“1”），則將第二個杯的水量加減到敲擊時發(fā)出“2”音，類推，可使各個杯依次發(fā)出 1、2、3、4、5、6、7各個優(yōu)美音調(diào)。（2）把一塊塑料片與轉(zhuǎn)動的自行車后輪胎接觸，薄片即振動發(fā) 聲（圖 緣），利用不同的轉(zhuǎn)速

19、，即可聽到不同音調(diào)的聲音，車輪轉(zhuǎn)動愈 快薄片振動頻率愈高，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)，弦振動得越快，音調(diào)也就愈高。從而說明了弦振動發(fā)聲與弦的張力、長度、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 杯 上 放 一 細(xì) 線，敲 擊 另 外 一只杯，可以看到細(xì)線微微的振動有時甚至?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)生往往對課本中的波形帶著可疑的眼光去認(rèn)識它，

20、而對樂意的這三個特性容易發(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?，F(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、音頻信號發(fā)生 器一臺、錄音機(jī)一架、示波器四臺。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： 樂音和噪音的演示 在演示樂意中，我錄制了風(fēng)琴的一個音。由于腳踏不勻，波幅有變化，變換腳用力時，看到波形不穩(wěn)，在課堂上要微調(diào)，為此，錄音 時間應(yīng)在猿園秒左右，而

21、且采用風(fēng)琴的一個較高音調(diào)發(fā)音，得到的樂 意波形較好。在錄制噪音時，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，錄音時間為20秒。為了比較錄音和噪音的差別，我交替錄制樂音和噪音共五次。注意的是，在錄制噪音時，摩擦音盡可能強(qiáng)烈，否則從示波 器上看到樂意波幅較大，而噪音波幅很小，因?yàn)殇浿茣r間短，用減少衰減來提高波幅是困難的。音調(diào)的演示在演示音調(diào)和頻率的關(guān)系時，必須把振幅相等、頻率不同的信 號錄到磁帶上，我采用轉(zhuǎn)錄線，把音頻信號發(fā)生器、低頻勻在的信號，送到收錄機(jī)的輸入孔。由低到高共檔，先由低高 錄制，錄音時間20秒，解說后，再從高頻到低頻錄制從而得到結(jié)論。波形特點(diǎn)相

22、當(dāng)穩(wěn)定，波形個數(shù)改變相當(dāng)明顯。 注意，信號源輸出幅度應(yīng)調(diào)相等，否則會引起學(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。我又錄制了一個女同學(xué)的發(fā)音，感覺到音調(diào)越來越高，從示波器上看到波形個數(shù)越來越多。由于人的呼吸量有限，所以一般各個音發(fā)10秒左右，這樣課堂演示時，微調(diào)動作要求要快。響度的演示在演示響度和聲強(qiáng)的關(guān)系時，我錄制一個音叉的聲音， 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，用來演示 收錄機(jī)中的音量、音調(diào)、響度三個開關(guān)的作用，加深

23、理解。（因?yàn)樯钪泻芏嗳藭褂檬珍洐C(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)音時間太短，為此演示音品時，我錄制笛子和風(fēng)琴的發(fā)音。先把笛子調(diào)到與風(fēng)琴的一個較高音調(diào)相同，然后交替錄制四次雖然感覺到音調(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，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，可采用多臺示波器并聯(lián)的辦法，來提高課堂效果。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 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意的錄音帶來來。當(dāng)以正 常帶速放音時，這時具有一定聲調(diào)；而當(dāng)以較快的帶速放音時（例如按下錄音機(jī)上的快進(jìn)選聽鍵），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，則又可感覺到音調(diào)變得“渾厚而低沉”。另外我們還可以取一條20米長的已錄

25、好樂意的錄音帶，如采取手動方式使它由靜止開始逐漸加速通過放音磁頭時，就可產(chǎn)生類似警報聲那樣逐漸升高的變音調(diào)聲，借此可進(jìn)一步說明音調(diào)和頻率的關(guān)系，同時這還可作為聲音的多普勒效應(yīng)的模擬演示?！佰睋翮婍帏Q”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)大知識面，高中物理乙種本特增加 一篇閱讀材料：我國古代對共鳴現(xiàn)象的研究和應(yīng)用，學(xué)生對其中 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，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并用錄音機(jī)錄下

26、這種敲擊聲。待到課堂演示時則須將該鐵畚箕照原樣懸掛起來并緊挨著它 懸掛一個“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，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，“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)的目的是要測定聲速。一個 眾所周知的方法是測量一個和它的回聲兩者之間的時間。一個學(xué)生站在閉合的大廳的盡頭，能測得拍手和所得到的回聲之間的時

27、間 間隔，再測得大廳的總長度，就能計算出聲速。技術(shù)上的困難是，拍手和回聲兩者間的時間間隔通常是十分小的。老師通過連續(xù)地拍打，使得每個拍打與前一個拍打的回聲相重 合，就能獲得比較精確的結(jié)果。這拍打的頻率，可以由第二個學(xué)生 在預(yù)定時間內(nèi)，計算拍 打的數(shù)目來確定。然后由頻率確定周期。 在中等長度的大廳里，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 成功地利用音樂聲學(xué)中的音樂大調(diào)，其過程是，發(fā)出的拍打打和回 聲與音樂的時間相聯(lián)系，這關(guān)系由圖說明： 現(xiàn)在拍打回聲的計時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、來的困難是由于聽覺的疲勞，聽 取你的特有的拍打回聲常常較困難，這個困難可以由第三個學(xué)生來 解決，這第三個學(xué)生作為“聽者”站在離拍手者不到一的地方。這“聽者”現(xiàn)在能清楚地聽取拍打及其回聲，起著直接接收者的作用，經(jīng)過這些修改工作，由受過一些音樂訓(xùn)練的學(xué)生來做實(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，通常用兩個頻率相同的音叉來做聲音共鳴 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幅度小，能量低，不能引起音叉較大 的振動而發(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，功率較大的錄音機(jī)一臺，橡皮槌一個，空白磁帶一盒。實(shí)驗(yàn)方法：（1）將音叉插入共鳴箱，對準(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，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 到。這個實(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上。刻度尺上的零線要 對準(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，注意聲音大小的變化。當(dāng)聲音達(dá)到最大時，立刻調(diào)節(jié) 止水夾停止水下流。這時，就可從刻度尺上確定出 玻璃管內(nèi)空氣柱的長度，這就是音叉和空氣柱發(fā)生 共鳴的最小長度。為了使這個長度較準(zhǔn)確些，開始 時，水流量可大些，當(dāng)要接近于共鳴長度時水流量要 小

31、些。在課前老師可多做幾次，確定其空氣柱共鳴的長度，以使上課時做到心中有數(shù)。當(dāng)然，也可采用如圖 圓所示的裝置作上述實(shí)驗(yàn)，上、下移動右邊玻璃管達(dá)到控制左邊玻璃管內(nèi)空氣柱之長度。 也可將喇叭與低頻信號源相接，作為聲源如圖所示。若低頻信號源又是連續(xù)可調(diào)時，這更好。一方面當(dāng)聲源的頻率一定時，改 變空氣柱的長度可達(dá)到共鳴；另一方面也可做當(dāng)空氣柱的長度一定時，改變低頻信號源的頻率也可達(dá)到共鳴的目的。一般低頻信號源 輸出的電壓很小，接上喇叭后聲音很微弱。不過發(fā)生共鳴后，全班 同學(xué)都可以聽見共鳴聲。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)注水來改變玻璃管中空氣柱的高度 來產(chǎn)生共現(xiàn)象，從而求出該聲波的波長。本實(shí)驗(yàn)在改變空氣柱的高度時較煩，且不能連續(xù)可調(diào)。對此進(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)時來回 推動注射器，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。讀出此時標(biāo)尺上空氣柱的高度值，求出該波的波長。改進(jìn)后操作方便，現(xiàn)象明顯，不妨一試。實(shí)驗(yàn)十一：測定聲波波長實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（一）教材上關(guān)于測定聲波的波長的實(shí)驗(yàn)，是采用聲音的共鳴法來測定聲波力波長，其原理簡單 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)時間較短，致使學(xué)生很難聽到共鳴的

33、聲音，從而影響實(shí) 驗(yàn)效果。如果對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡單的改進(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：用一個帶共鳴箱的音叉代替原來的 單純音叉，如附圖。實(shí)驗(yàn)時，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)時間長，因而它與玻 璃管中的空氣柱發(fā)生的共鳴聲也較響亮，聽得很清楚， 而且可以連續(xù)聽到 圓次共鳴聲，從而使實(shí)驗(yàn)效果很明 顯，所測得的波長也較為準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)十二：測定聲波波長實(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度等于該聲波的波長。因此，利用空氣柱的共鳴可以測定聲波的波長”。對該實(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，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，當(dāng)增長到一定值時，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，空氣柱增長到另一個定值時，又可聽到共鳴聲，不過，聲

35、響次之。再向下放低容器，只要管子足夠長，還可聽到第三第四個共鳴聲，但聲響逐次變小，這樣，反復(fù)測試，可測出某聲波的波長及 該溫度下的波速。解釋當(dāng)揚(yáng)聲器按某一頻率振動時，激起周圍該管子中空氣分子振動，當(dāng)聲波傳到水面時，水面不容許空氣分子向下振動， 聲波被反射回來。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遇到節(jié)點(diǎn)后反射回來產(chǎn)生波的干 涉一樣，振動最強(qiáng)的點(diǎn)稱為反節(jié)點(diǎn)，振動最弱的點(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)，開口處是反節(jié)點(diǎn)時，只有這樣，空 氣柱才能跟聲波發(fā)生共鳴。因?yàn)榉垂?jié)點(diǎn)在開口處， 空氣分子振動最強(qiáng)，最容易跑

36、到開放的空間中去，分 子振動達(dá)到極大值，聲音會大大地增強(qiáng)。如果開口處不是反節(jié)點(diǎn)，空氣分子振動很小，不容易走到開放 的空中，就不會發(fā)生共鳴，開口處反節(jié)點(diǎn)到水面處節(jié)點(diǎn)的距離分別是波長。只有圖中，聲波反射的時間和距離都最短，能量消耗最少，所以共鳴聲最響。實(shí)驗(yàn)十三：樂音與噪聲實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)物理課本講述樂音與噪聲一節(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)的圓盤解決樂音與噪聲的區(qū)別。對驗(yàn)音盤的制作并非難事，也易做成功，問題是“氣源”怎樣 解決？我們采用一膠皮籃球 開一小孔，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)動驗(yàn)音盤，松開指頭將氣源對準(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 期性地穿過小孔，使圓盤上方的空氣壓縮形成周期性振動的聲源， 這時聽到的是頻率一定的聲音樂音。若換驗(yàn)音盤月，小孔間距不規(guī)則，結(jié)果發(fā)出的是難聽的噪聲。 此實(shí)驗(yàn)“氣源”的特點(diǎn)：氣壓足，無噪聲，氣流連續(xù)不斷，是驗(yàn)證樂聲與噪聲實(shí)驗(yàn)的理想氣源之一。實(shí)驗(yàn)十四：聲速測量的研究 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)中傳播特性的一個基本物理量。對超聲波（頻率超過2×104H

38、z的聲波）傳播速度的測量在超聲波測距、測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，更好的測量了聲音在液體中的傳播速度，及分析了外界因素對聲速的影響。 設(shè)計原理及方法：1原理：在波動過程中，波速、波長和頻率之間存在下列關(guān)系：通過實(shí)驗(yàn)，測出波長和頻率，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，壓電陶瓷縱向長度周期性地伸、縮，產(chǎn)生機(jī)械振動而在空氣中激發(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)輸入電訊號的頻率接進(jìn)諧振頻率時，壓電換能器產(chǎn)生機(jī)械諧振，等于諧振頻率時，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，它作為接收器轉(zhuǎn)換的電訊號最強(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)的超聲波波長約為1cm。由于波長短，而發(fā)射器端面直徑比波長大得多，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。 位相比較法測聲速波是振動狀態(tài)的傳播，也可以說是位相的傳播。沿傳播方向上的任何兩點(diǎn)，如果其振動狀態(tài)相同，即兩點(diǎn)的位相差為的整數(shù)倍，這時兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長的整數(shù)倍。即 (為一正整數(shù)) (4-8-2) 利用式(4-8-2)可以精確地測量波長。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，其端面上各點(diǎn)都具有相同的位相。沿傳播方向移動接收器，可以找到一些位置使得接收到的信號與發(fā)射器的激勵電信號同相，相鄰兩次達(dá)到同相時，接收器所移動的距離必然等于聲波的波長。為了判斷位相差并且測定波長，可以利用示波器顯示接收器的信號波形，并

41、且沿波傳播方向移動接收器尋找接收器信號的同相點(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)這兩信號同相或反相時，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判斷位相差最為敏銳。沿波傳播方向移動接收器，當(dāng)位相差改變時相應(yīng)距離的改變量即為半波長(/2)。圖4-8-33、實(shí)驗(yàn)方法用位相比較法測聲速實(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分別輸入到示波器的“X軸”和“Y軸”，熒光屏上便顯示出兩個相同頻率的垂直振動的合成圖形。當(dāng)接收器從發(fā)射器附近慢慢移開時，接收器與發(fā)射器間的位相差隨移動的距離變化，熒光屏上的圖形也相應(yīng)地周期性變化（如圖3-14-4）。在

42、移動接收器的同時，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，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，X軸接發(fā)射端信號。 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，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)聲速的理論公式計算t時聲速的理論值： 式中：T=(t+273.15)K；V0=331.45m/s(為T0=273.15K時的聲速)。V的單位為m/s。（5）先在測試槽中注入水，直到把換能器完全浸沒，不能超過液面線。（6）測試方法同上。（7）再把水換成鹽水，測試方法同上。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測量次數(shù)（i）1234567891027.6132.3437.0141.6046.3050.8955.6560.2664.9669.5223.2823.3123.2523.3623.2223.242 mm0.072