聲音的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告單及聲子總結(jié)

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告單年月日學(xué)校年(班)級(jí)級(jí)班實(shí)驗(yàn)小組教師課題7聲音的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)聲音的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄柯曇舻漠a(chǎn)生的原因?qū)嶒?yàn)器材：去掉盒蓋的空紙盒、橡皮筋、小鼓、鼓槌、豆粒、音叉、燒杯、水實(shí)驗(yàn)步驟：1.檢查實(shí)驗(yàn)器材是否齊全。2.把橡皮筋緊繃在去掉盒蓋的空紙盒上，用手隨意撥動(dòng)橡皮筋，使它發(fā)出聲音，觀察現(xiàn)象。3.在小鼓鼓面上放幾顆豆粒，用鼓槌把鼓敲響，觀察現(xiàn)象。4.安裝好音叉，用鼓槌敲擊音叉，觀察現(xiàn)象；敲擊音叉后用手握住音叉，感受一下；再次敲擊音叉后，用音叉接觸水面，觀察現(xiàn)象。5.得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。6.整理實(shí)驗(yàn)器材。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：1.撥動(dòng)空盒上的皮筋，發(fā)出聲音，皮筋在（）。2.鼓槌敲鼓，發(fā)出聲音，鼓面（），豆粒上下跳動(dòng)。3.敲擊音叉后發(fā)出聲音，音叉在()，用手握住音叉，有（）的感覺(jué)；音叉接觸燒杯水面，有（）濺起。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：聲音是由()產(chǎn)生的。聲學(xué)波晶體原子的熱振動(dòng)——晶格振動(dòng)的規(guī)律可用格波來(lái)描述，格波又區(qū)分為所謂聲學(xué)波和光學(xué)波兩種。聲學(xué)波是晶格振動(dòng)中頻率比較低的、而且頻率隨波矢變化較大的那一支格波；對(duì)于波矢比較小的長(zhǎng)聲學(xué)波，與彈性波一致，它表示著原胞中所有原子的一致運(yùn)動(dòng)[相位和振幅都相同]。一般，聲學(xué)波的能量較低，但是其動(dòng)量卻可能很大。因此在對(duì)于載流子的散射與復(fù)合中，聲學(xué)波往往起著交換動(dòng)量的作用（光學(xué)波恰恰相反，往往起著交換能量的作用）。光學(xué)波光學(xué)波的晶格振動(dòng)中的一種模式（另一種模式是聲學(xué)波），它是復(fù)式晶格振動(dòng)中頻率比較高的、而且頻率隨波矢變化較小的那一支格波；對(duì)于長(zhǎng)光學(xué)波，它表示著相位相反的兩種原子的振動(dòng)，即表示著兩種格子的相對(duì)振動(dòng)[但質(zhì)心不變]。光學(xué)波的能量較高（最高能量的格波量子——聲子，稱(chēng)為拉曼聲子），但是較高能量光學(xué)波的動(dòng)量卻很小，因此在載流子的散射和復(fù)合過(guò)程中往往起著交換能量的作用。離子晶體的長(zhǎng)光學(xué)波有特別的重要的作用，因?yàn)?，不同離子間的相對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生一定的電偶極矩，從而可以和電磁波相互作用。一，既然格波的能量量子定義為聲子，當(dāng)格波處于較高的激發(fā)態(tài)時(shí)晶體中就布局著較多的聲子，即格波振幅較大時(shí)，晶體中的聲子數(shù)較多。因此格波的振幅與聲子的數(shù)目就有一定的關(guān)系，下面我們就討論這個(gè)關(guān)系。考慮長(zhǎng)聲學(xué)波的情況：即λ>>a時(shí)，可把晶體看作連續(xù)介質(zhì):u0=Cos(kx-ωt）.描寫(xiě)的振動(dòng)是一個(gè)行波，它的能量有一半是動(dòng)能，另一半是彈性勢(shì)能：這就是格波的振幅與聲子數(shù)之間的關(guān)系..格波的實(shí)際動(dòng)量為0，并不攜帶物理動(dòng)量。由于聲子是格波簡(jiǎn)正模式的能量量子，若其能量為：E=(n+1/2)hw,其量子數(shù)n可取0～∞的一切值，是不受任何限制的，因此聲子服從玻色統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在溫度為Ｔ時(shí)，一個(gè)頻率為ω(注意：一ω可對(duì)應(yīng)于很多個(gè)波矢k)，量子數(shù)為n的簡(jiǎn)正模式上的聲子數(shù)為：

二，聲子具有能量?ω，也具有準(zhǔn)動(dòng)量?q，它的行為類(lèi)似于電子或光子,具有粒子的性質(zhì)。但聲子與電子或光子是有本質(zhì)區(qū)別的，聲子只是反映晶體原子集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的激發(fā)單元，它不能脫離固體而單獨(dú)存在，它并不是一種真實(shí)的粒子。我們將這種具有粒子性質(zhì)，但又不是真實(shí)物理實(shí)體的概念稱(chēng)為準(zhǔn)粒子。所以，聲子是一種準(zhǔn)粒子。而光子是一種真實(shí)粒子，它可以在真空中存在。聲子與聲子相互作用，或聲子與其他粒子（電子或光子）相互作用時(shí)，聲子數(shù)目并不守恒。聲子可以產(chǎn)生，也可以湮滅。其作用過(guò)程遵從能量守恒和準(zhǔn)動(dòng)量守恒。因?yàn)榫w中有3nN個(gè)振動(dòng)模式，即有3nN種不同的聲子。因此，晶格振動(dòng)的總能量為.引入聲子概念后，對(duì)于由強(qiáng)相互作用的原子的集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)——晶格振動(dòng)的每一個(gè)格波，便可看作是由數(shù)目為能量為的理想聲子組成，而整個(gè)系統(tǒng)則是由眾多聲子組成的聲子氣體。引入聲子的概念不僅能生動(dòng)地反映出晶格振動(dòng)能量量子化的特點(diǎn)，而且在處理與晶格振動(dòng)有關(guān)的問(wèn)題時(shí)，可以更加方便和形象。例如：處理晶格振動(dòng)對(duì)電子的散射時(shí)，便可以當(dāng)作電子與聲子的碰撞來(lái)處理。聲子的能量是hw，動(dòng)量是hq。又例如：熱傳導(dǎo)可以看成是聲子的擴(kuò)散；熱阻是于聲子被散射等等。使許多復(fù)雜的物理問(wèn)題變得如此形象和便于處理是引入聲子概念的最大好處。但它的動(dòng)量不是真實(shí)動(dòng)量，因?yàn)楫?dāng)波矢增加一個(gè)倒格矢量時(shí)，不會(huì)引起聲子頻率和原子