高中声学部分创新实验改编

1、声学部分创新实验的创新与应用实验一：改装录音机做变调实验 经常听到有些录音机放音走调：男声变女声，女声变男声，或歌声变成叹气声、机器人声，这些录音机磁带走速不正常，是有故障的录音机。但是我们物理教学倒可以利用这种放音效果为声学教学服务。直接用有故障的录音机当然不行，它们不能可靠地改变磁带走速，做实验不稳定，必须用一台运行正常的录音机来改装。 早期录音机的电动机采用离心式调速器，安装在电动机内部，调速不方便。现在生产的录音机都采用电子调速器，改装起来比较方便。 电子调速器是一个稳压电路，将电动机上电压稳定在一定范围内，稳压电路有的装在电动机内，有的装在电动机外，随身听录音机，具有倍速录音功能的录

2、音机，早期小型录音机（砖头机）等稳压电路装在电动机外，其它类型的稳压电路装在电动机内。改装时打开录音机外壳，找到电动机稳压电路的可调电阻，把它焊下来，换上一只阻值相等或稍大点（可增加调速范围）的电位器，把电位器设法固定在录音机外壳上，能够从外面调节就行了。装在电动机内的稳压电路改装麻烦一些，必须取出电动机，小心地撬开底盖，从调速孔下找到可调电阻，将它换成电位器并固定在录音机外壳上。 改装工作一定要请有维修经验的人来做，否则会弄巧成拙，甚至把录音机弄坏。也可以把改装要求告诉修理部门，请他们来改装。改装好的录音机能够做许多变调实验。 演示音调与频率的关系用普通录音机制一段 信号，然后放在变速录音机

3、中放音，改变录音机带速使信号频率变化，可以听到音调也随着变化，说明音调的改变决定于频率的改变。如果连续反复改变带速，还可以听到类似报警的声音。 改变人的声音用变速录音机放流行歌曲，使歌声变调，可达到男声变女声，女声变男声的效果，证明男、女声的差别完全是振动频率的差别。如果在课堂上请学生说话或者唱歌，当场录下来，再用变速录音机放音，并使音调变化，可以使全班学生捧腹大笑，达到活跃课堂气氛，让学生愉快接受知识的效果。调节磁带节目的放音速度改装录音机做变调实验经常听到有些录音机放音走调：男声变女声，女声变男声，或歌声变成叹气声、机器人声，这些录音机磁带走速不正常，是有故障的录音机。但是我们物理教学倒可

4、以利用这种放音效果为声学教学服务。图2实验二：两个声学实验的改进 经改进后的这两个声学演示实验，其最大特点是实验中，学生既能闻其声，又能观其形（波形），经近两年教学中使用，效果不错，颇受学生欢迎。现分别介绍于后。波的干涉实验装置如图 。音叉发出的声音通过灵敏度较高的话筒，从收录机（收录机要用好点的，噪声小）的话筒插口输入；再从收录机的线路输出孔取出信号接示波器，或将示波器与收录机喇叭并联。图1 实验方法敲击音叉发声，旋转离心转台，就能从收录机里清晰地听到音叉图3声忽强忽弱，同时从示波器可看到声波的波幅大小随声音强弱交替变化。声音的共鸣 实验装置 先用一根屏蔽线，一端与压电陶瓷片连接，另一端接一

5、个与收录机话筒输入插孔同型号的插头，见右图 。由于音叉产生的共鸣声较弱，若用话筒作为声音接收装置效果不太好，故采用压电陶瓷片，利用其压电效应将共鸣声通过收录机放大，以达到实验目的。实验装置如图 实验方法 将图2所示的压电陶瓷片用橡皮泥粘在音叉 月的叉股上，再把插头插入收录机的话筒输入孔，从收录机的线路输出端取出信号至示波器。现在，只要敲击音叉 ，从收录机里就能听到音叉的响声，用手按住被敲音叉，响声并不停止，从而证明音叉的声波振动使音叉 月产生了共鸣。同时从示波器里可看到声波的波形。若改变音叉的固有频率（可在音叉的叉部顶端粘一块橡皮泥），再重复上面的实验，此时便听不到共鸣声，这就进一步证明收录机

6、的响声是音叉产生的声波共振现象的结果。实验三：声学中的几个演示实验 高中物理的声学中有关响度、音调、嗓声、乐音这部分教材，教学起来十分枯燥无味，学生听起来也无精打采，对音调和响度概念也往往混淆不清，上海第十中学周中恺老师曾经利用实验室中原有的仪器设备进行组配，做了一些实验，结合讲解，让学生边看边听，对活跃学习气氛，增进概念理解很有效果，并且实验装置也比较简易，今简单介绍如下：响度音调的实验装置与演示 把教学的低频讯号发生器（上海教学仪器厂生产）的正弦波输出的二个接线柱，用二根导线接到半导体收音机的音量控制电位器的接地端和滑动触头的遭（事先要把半导体收音机调谐盘调到收不到电台的位置），另外再用两

7、根导线从低频讯号发生器的正弦波原来输出的两端接入示波器的输入端，如图1所示，这样装好的实验装置，就可以用来演示：图1（ 1 ）响度的大小和声源的振幅大小。（ 2 ）音调的高低和声源的振动频率大小关系。（ 3）对比响度和音调的区别。演示响度和振幅的关系，只要调节低频讯号发生器的“正弦幅度”旋钮就可以从半导体收音机中听到讯号响度的大小，同时从示波器的荧光屏上可以看到讯号振幅的大小，从而可以很快得到声音的响度和振幅关系的结论。演示音调和频率的关系，只要调节低频讯号发生器的频率调节旋钮，就可以从半导体收音机中听到讯号音调的高低，同时从示波器的荧光屏上可以看到讯号频率的大小，从而可以很快地得到声音的音调

8、和频率关系的结论。演示响度和音调的区别，只改变讯号发生器的幅度输出，让学生听声音的变化；只改变讯号发生器的频率，让学生听声音的变化，图2噪声乐音的实验装置与演示 把噪声、乐音和乐器吹奏的音乐曲子事先录制在磁带上，实验时把录音机输出插孔用事先焊有两根导线的插头插入，两根导线的另外两端接入示波器的输入端。如果遇到录音机的输出插孔是装在功率放大级的话，那么往往由于插头的插入，机内的扬声器电路被切断而不再发声，遇到这种情况时，讯号可以从录音机扬声器线圈两端用导线取出接入示波器的输入端，或者将插头插入插孔，把它的两根导线接入示波器的输入端后，再另外用两根导线，一头接示波器的输入端，另一端接半导体收音机的

9、音量控制电位器中的两点（见图 2 ），利用半导体收音机的功放级放音（事先要将半导体收音机调到收不到电台广播的位置），实验时，开启示波器，而后把录制的磁带装入录音机的盒带仓中，稍等片刻，揿下录音机的放音键，即可听到它们的声音和看到它们的各自振动图线，有声有色，形象动人，学生对此尤感兴趣，印象深刻，效果很好。实验四： 双臂音叉产生干涉现象 几经修订的高中物理课本，对“声波干涉”的演示实验都采用这样的表述：“音叉发声时，它的两个叉股是两个相同的波源，它们产生的两列波发生干涉，产生加强区和减弱区，所以我们绕正在发声的音叉走一周，或使音叉绕叉柄的纵轴旋转，就会听到声音忽强忽弱。”对此叙述已颇多微词，浙江

10、省诸暨县学勉中学魏致远老师作如下探究。强弱区域的存在事实和分布情况 先按课本的表述进行操作，确能明显地感觉到声音忽强忽弱现象的存在，说明波动强弱按区域分布是事实，且强弱区域交替间隔情况稳定。再把音叉接图1所示固定在铁架台上，在数米外放置一只放大音响设备，用无线话筒采纳音叉发声情况，时间选在晚上学生就寝后。这样贴近放大设备的观察者可在极少外界干扰和音叉直接发声干扰的情况下，分辨出话筒在不同位置、不同方位采纳到的信号强弱情况。反复测试表明：如图2所示在音叉两叉股上端面所在平面内，沿XX和YY方向为强区，且线状性比较明显，即强区接近一条线上而方向幅度较大，即两侧有较大宽度的强区；沿AA、BB、CC、

11、DD方向为弱区，而且弱区明显亦较集中在这几条线的方向上。而就三维空间论，上述直（射）线所在的竖直平面对应为强弱区域，而且在音叉两叉股端面以上区域，话筒采声方向应对准中心 ，如图3所示。其它方向亦可参照图3 ，否则虽在强区亦采不到强信号，这标志着声波的传播具有方向性。实验结果的定性分析 分析的关键在于认定强弱区域是否由干涉产生，因为弱点位置到两波源的波程差须是半波长的奇数倍，而此实验中波程差的最大值位置在两叉股端面连线外侧，其值为两叉股的间距，但两叉股的间距约为2厘米，根本达不到数百赫声波在空气中的半波长，就是说，不可能在此实验的整个可寻区域找到波程差为半波长的奇数倍、振动明显减弱的点，即使把叉

12、股分解成点声源也办不到，而且从理论上认为最有可能削弱的点是在如图2的XX方向上，实验表明恰为强区，所以推测YY上强区的产生，不是干涉之后的强效应，而于振动波源叉股为面状物有关。为证实此猜测，把一蜡纸刻写钢板（长宽厚分别约为340毫米、70毫米、2毫米）按如图3所示悬挂在铁架台上，敲击钢板平面，仍用上述采声放大检测装置试验，发现平行于钢板面的AA方向为弱区，垂直钢板面的YY方向为强区，且辐度较宽。如果改为沿 YY方向敲击，YY方向仍为强区（沿 XX方向敲击音叉，检测结果和沿方向敲击效果一样）。证实面状发声体辐射声波能量带有明显的方向性。这样基本上可以认定音叉发声时，如图2 的 XX方向的信号较强

13、，不是干涉产生的加强区效应。由于图3所示的AA方向为弱区，可推断图2所示的 XX方向为强区是两叉股发声在该处叠加而加强的结果，这也完全符合“加强”的理论结果两相干波源到该点的波程差等于零，且即使把两叉股肢解为若干波源，由量辐射方向上，也不在波程差满足加强效果的方向上之故。一点看法 鉴于上述原因，我们认为音叉发声时，虽有明显的、稳定的、强弱间隔的区域性现象和某个方向上两束波叠加而稳定加强的情况存在，不是声波干涉的典型标志，不宜在课本上作为演示实验的范例。演示声波是纵波的装置物理课本中没有直接说明声波是纵波的演示实验实验介绍如下。材料 破底、试管，微型喇叭，信号发生器，投影仪，导线及碎泡沫塑料若干

14、。结构整套装置见下图。 将 碎 泡 沫 弄 碎（颗 粒 越 小 效 果 越 明 显），放 入 破 底 试 管中。如图将微型喇叭放入试管一端，喇叭接到低频信号发生 器低频输出端，调节输出值大小旋钮及频率选择旋钮，使碎泡沫在试管中有明显疏密分布。将试管放在投影仪上，将现象投射到银幕上，同学们就都能看到上述疏密相同现象，说明声波是纵波。实验五：空气柱共鸣实验的改进 课本中演示声音的共鸣实验时，用发声的音叉作声 源，放 在 插 进 盛 水 容 器 中 的 粗 玻 璃 管 上方。把玻璃管慢慢地从水中提出或插入，改 变 玻璃管中空气柱长度，当空气柱长度达到 某 值时，空气柱跟音叉发生 共 鸣。这 个 实

15、验 方 法 有以下不足之处：。1、音叉发声的响度小。2、音叉的频率不能任意改变。3、用提插玻璃管 办法调节空气柱长度，实验操作时不太方便 课本中演示声音的共鸣实验时，发声的音叉作声 源，放 在 插 进 盛 水 容 器 中 的 粗 玻 璃 管 上方。把玻璃管慢慢地从水中提出或插入，改 变 玻璃管中空气柱长度，当空气柱长度达到 某 值时，空气柱跟音叉发生 共 鸣。这 个 实 验 方 法 有以下不足之处：。1、音叉发声的响度小。2、音叉的频率不能任意改变。3、用提插玻璃管 办法调节空气柱长度，实验操作时不太方便。为了加 强 实 验 效 果，作如下改进：在玻璃 管上方安装一个扬声器，扬声器和教学低频

16、信号发生器相联，成为一个响度和频率 可 以调节的声源。粗玻璃管下方同一个密闭容器用橡皮管连接起来，组 成 一 个 连 通 器。在 密 闭容器上方连接一个医用血压计的打气橡皮 球，在粗玻璃管里注入一定量的水后，捏动橡皮球打气就可以使粗玻璃管内水柱升 高，旋松放气螺丝就可使水压降低。这样可以很方便地控制空气柱的长度。实验时先使扬声器发出一定频率和一定响度的声音，调节玻璃管内空气柱长度，当空气柱长度变化到一定数值时，就会听到很响的共鸣声，再改变“频率”作演示，就能找出空气柱与某一声波共鸣的规律。此实验有条件可以让学生分组实验。 实验六：简易声学小实验 声音的反射取 两 只 长 纸 筒，紧 靠 墙壁

17、对 称 地 斜 向 放 置，一人握纸筒，筒口放一手表；另一 人 握 另 一 纸 筒，耳 朵紧贴筒口（如图），此时可听到手表的滴答声，这说明声音能够反射。声音在空气中的传播敲击一音叉，把振动的音叉靠近悬挂的通草球（。音叉没有碰到球，但通草球却发生微小的振动，这就说明声源振动时在空气中形成声波，从通草球振动方向，还可以说明声波是纵波。自制“线”话取两只盛冰淇淋的纸杯（或其它纸杯、纸盒），用一极长线 穿过它们的底，并将线两端各固定在底面上（可用胶纸粘，也可 用火柴杆子）将线适度拉紧（但注意不要拉坏纸杯底）。长线不可碰 到另外物体。一人嘴对纸杯轻轻说话，则另一人耳贴纸杯可清晰地听到说话声音（如图）。若

18、两人位置不变，不用此“线”话，同样轻轻 对话，却听不见。这个实验说明了声音在固体（线）也能而且比在空 气中更容易传播。 音调的高低（1）取几只相同玻璃杯第一只杯不盛水，其它分别盛满杯水，用木尺轻击玻璃 杯，可 听 到 不 同 音 调 的声音。由于包括水在内 的 每 个 杯 的 固 有 频 率 不 同，所以振动频率也不同， 从而说明音调取决于振源振动频水量加减到敲击时发出“1”音（比如 悦调的“1”），则将第二个杯的水量加减到敲击时发出“2”音，类推，可使各个杯依次发出 1、2、3、4、5、6、7各个优美音调。（2）把一块塑料片与转动的自行车后轮胎接触，薄片即振动发 声（图 缘），利用不同的转速

19、，即可听到不同音调的声音，车轮转动愈 快薄片振动频率愈高，音调也愈高，反之亦然。（3）如图 远把弦绷在小木板上。在图中，弦绷得比 月弦 紧。图中，弦比月弦短。图中，粤弦比月弦细。分别拨动各弦，可以得到音调不同的声音。即：弦绷的越紧、越短和弦越细，弦振动得越快，音调也就愈高。从而说明了弦振动发声与弦的张力、长度、密度的关系。声音的共鸣取二只相同的玻璃杯，各盛1/3的水，用棒敲击发声，并加减水量尽量使两者发出声音相同在 一 个 杯 上 放 一 细 线，敲 击 另 外 一只杯，可以看到细线微微的振动有时甚至会把细线震掉。 在音调、响度和音品这一节教学中，学生往往对课本中的波形带着可疑的眼光去认识它，

20、而对乐意的这三个特性容易发生相互混 淆，如：音调高低同响度的大小相混淆，音调和音品相混淆。现采用收录机和示波器相结合进行教学，介绍如下。器材： 摩擦工具一套、风琴一架、笛子一支，音叉一只、音频信号发生 器一台、录音机一架、示波器四台。由于器材较多，我采用全部录音 的办法（这样上课只要用一架录音机和四台示波器就行），并且结合示波器进行教学。采用这种教育方法能使声图并现，相互对比，给学生留下深刻的印象。而且录音磁带还可重复使用和保存。录音： 乐音和噪音的演示 在演示乐意中，我录制了风琴的一个音。由于脚踏不匀，波幅有变化，变换脚用力时，看到波形不稳，在课堂上要微调，为此，录音 时间应在猿园秒左右，而

21、且采用风琴的一个较高音调发音，得到的乐 意波形较好。在录制噪音时，可让钢锉同木头相互摩擦，两者粗糙些为好，否则，从示波器上看到，也有一定的周期性，录音时间为20秒。为了比较录音和噪音的差别，我交替录制乐音和噪音共五次。注意的是，在录制噪音时，摩擦音尽可能强烈，否则从示波 器上看到乐意波幅较大，而噪音波幅很小，因为录制时间短，用减少衰减来提高波幅是困难的。音调的演示在演示音调和频率的关系时，必须把振幅相等、频率不同的信 号录到磁带上，我采用转录线，把音频信号发生器、低频匀在的信号，送到收录机的输入孔。由低到高共档，先由低高 录制，录音时间20秒，解说后，再从高频到低频录制从而得到结论。波形特点相

22、当稳定，波形个数改变相当明显。 注意，信号源输出幅度应调相等，否则会引起学生的迷惑。为了加深理解，用音阶解释音调是最好的办法。我录制了风琴的音调变化，由低到高录五个音），发现低频波形不稳难微调，高频波形较好。我又录制了一个女同学的发音，感觉到音调越来越高，从示波器上看到波形个数越来越多。由于人的呼吸量有限，所以一般各个音发10秒左右，这样课堂演示时，微调动作要求要快。响度的演示在演示响度和声强的关系时，我录制一个音叉的声音， 录三次，这样从示波器上可看到波形较稳定（有时出现双迹），振幅变化明显，效果很好。为了加深理解，我录制等幅低频信号，用来演示 收录机中的音量、音调、响度三个开关的作用，加深

23、理解。（因为生活中很多人会使用收录机，但不知道旋转旋钮是改变什么，所以最 好演示一下）音品我们没有钢琴和黑管，而儿童用的钢琴又代替不了，因为发音时间太短，为此演示音品时，我录制笛子和风琴的发音。先把笛子调到与风琴的一个较高音调相同，然后交替录制四次虽然感觉到音调相同，学生却能分清是笛子还是风琴在演奏。从示波器可以看到，都不是正弦或余弦曲线，但都是周期性 变化，而且波形不同，这样有利于我们分析音品是由什么决定的。示波器和收录机结合教学，接线很方便，从收录机输出孔，取出信号，接到示波器“ 再”输入端，示波器的扫描频率匀在一档。由于荧光屏较小，可采用多台示波器并联的办法，来提高课堂效果。用录音机演示

24、的声学实验按照中学物理教学大纲的要求，新编物理教材增添了关于声学知识的介绍。鉴于目前录音机已相当普及，将它用于中学物理实验，我们认为，大有潜力可挖。杭州大学胡芬老师翻译介绍了两则 用录音机演示声学实验的尝试。演示和验证音调和频率的关系先用事先录好的频率由低到高的音调来 让学生熟悉音调高低 的区别。然后取一盘已录好某一固定频率乐意的录音带来来。当以正 常带速放音时，这时具有一定声调；而当以较快的带速放音时（例如按下录音机上的快进选听键），这就相当于提高了声源的频率，从而使音调明显地变得“尖细且高亢”。反之若人为地适当降低带速，则又可感觉到音调变得“浑厚而低沉”。另外我们还可以取一条20米长的已录

25、好乐意的录音带，如采取手动方式使它由静止开始逐渐加速通过放音磁头时，就可产生类似警报声那样逐渐升高的变音调声，借此可进一步说明音调和频率的关系，同时这还可作为声音的多普勒效应的模拟演示。“郾击钟磬鸣”现象的模拟演示为了激发学生学习兴趣及扩大知识面，高中物理乙种本特增加 一篇阅读材料：我国古代对共鸣现象的研究和应用，学生对其中 的“击钟磬鸣”颇有兴致但又好信好疑。而利用录音机则可巧妙地 对这一共鸣现象加以模拟和验证。具体做法是：取一只以白铁皮为材料制成的畚箕（选用旧的甚至稍有裂逢的,效果较好），在其边缘钻一小孔并用细铁丝悬挂起来，用一布锤间隙地猛击铁畚箕底部中间某一固定部位使其振动并用录音机录下

26、这种敲击声。待到课堂演示时则须将该铁畚箕照原样悬挂起来并紧挨着它 悬挂一个“验音球”（这可用细线悬挂一灯草球做成）。这样在录音 机中重新放出畚箕敲击声时，该“验声球”也随“声”起舞，甚是有趣。 这是由于录音机中所发出声音频率基本上和铁畚箕的固有频率相同从而诱发了共振的缘故。若在铁畚箕上夹一票夹（用以改变其固有频率），则当录音机中再放出上述敲击声时，“验声球”就基本不再 随之起舞了。这又演示了消除共鸣的一种方法。实验七：声速的测定在初等物理学和声学中，许多实验的目的是要测定声速。一个 众所周知的方法是测量一个和它的回声两者之间的时间。一个学生站在闭合的大厅的尽头，能测得拍手和所得到的回声之间的时

27、间 间隔，再测得大厅的总长度，就能计算出声速。技术上的困难是，拍手和回声两者间的时间间隔通常是十分小的。老师通过连续地拍打，使得每个拍打与前一个拍打的回声相重 合，就能获得比较精确的结果。这拍打的频率，可以由第二个学生 在预定时间内，计算拍 打的数目来确定。然后由频率确定周期。 在中等长度的大厅里，技术上，要维持均匀的拍打频率，是有困难的，因为要在大于数妙钟内，维持适当的节奏是非常困难的。为了解决这一矛盾，我们 成功地利用音乐声学中的音乐大调，其过程是，发出的拍打打和回 声与音乐的时间相联系，这关系由图说明： 现在拍打回声的计时变成了拍打回声休止，休止。这周期 变成了 远乘拍打频率的倒数。余下

28、来的困难是由于听觉的疲劳，听 取你的特有的拍打回声常常较困难，这个困难可以由第三个学生来 解决，这第三个学生作为“听者”站在离拍手者不到一的地方。这“听者”现在能清楚地听取拍打及其回声，起着直接接收者的作用，经过这些修改工作，由受过一些音乐训练的学生来做实验，就能获得惊人的准确的结果。实验八：声音共鸣实验的改进（一）在现行物理教材中，通常用两个频率相同的音叉来做声音共鸣 的实验。如图，这种实验声音共鸣现象并不明显。原因有两点：（1）用橡皮槌敲击音叉的振动幅度小，能量低，不能引起音叉较大 的振动而发出响亮的声音；（2）因两音叉及共 鸣箱总存在一定差异（质量材料等）。共鸣条件不十分充足。改进。实验

29、器材：带共鸣箱的音叉两个，功率较大的录音机一台，橡皮槌一个，空白磁带一盒。实验方法：（1）将音叉插入共鸣箱，对准录音机孔（录音话筒）用橡皮槌用 力敲击音叉，用录音机录下发出的声音，然后把磁带倒回。（2）把带音叉的共鸣箱放在录音机附近，将共鸣箱口对准扬声 器，把录音机的音量放大，按下录音键，放出刚才录制的音叉声。当 将放完时，关闭录音机。音叉发出较响亮的声音，全班同学都能听 到。这个实验弥补了课本中实验的不足，取得了较明显效果，并且 录音带可长期保存使用。实验九：声音共鸣实验的改进（二） 高中物理课本中演示音叉和空气柱发生共鸣的实验。为了做好此实验，如图所示，音叉； 直径约30毫米，长约300毫

30、米的玻璃管（可用日光灯管除去两端灯丝，将荧光粉清洗干净后代替）； 刻度尺； 皮塞； 细玻璃管； 橡皮管； 止水夹（医院给病人输液打吊针控制针液流量的夹子）； 水槽。将音叉、玻璃管及刻度尺固定于铁架台上。刻度尺上的零线要 对准玻璃管的管口。在玻璃管内灌满红色水，用橡皮锤敲打音叉后，同时调节止水夹使玻璃管内的水以一定的流量 流入水槽中。观察玻璃管内空气柱增加的同时，注意声音大小的变化。当声音达到最大时，立刻调节 止水夹停止水下流。这时，就可从刻度尺上确定出 玻璃管内空气柱的长度，这就是音叉和空气柱发生 共鸣的最小长度。为了使这个长度较准确些，开始 时，水流量可大些，当要接近于共鸣长度时水流量要 小

31、些。在课前老师可多做几次，确定其空气柱共鸣的长度，以使上课时做到心中有数。当然，也可采用如图 圆所示的装置作上述实验，上、下移动右边玻璃管达到控制左边玻璃管内空气柱之长度。 也可将喇叭与低频信号源相接，作为声源如图所示。若低频信号源又是连续可调时，这更好。一方面当声源的频率一定时，改 变空气柱的长度可达到共鸣；另一方面也可做当空气柱的长度一定时，改变低频信号源的频率也可达到共鸣的目的。一般低频信号源 输出的电压很小，接上喇叭后声音很微弱。不过发生共鸣后，全班 同学都可以听见共鸣声。经以上改进后，此实验的直观性增强了，操作也更方便。实验十：声音共鸣实验的改进（三）在高中课本“声学”中，关于声波共

32、鸣现象演示器是向水槽内注水来改变玻璃管中空气柱的高度 来产生共现象，从而求出该声波的波长。本实验在改变空气柱的高度时较烦，且不能连续可调。对此进行了改进。用注射器代替槽，且在玻璃管中用钢卷尺自上而下地固定在玻璃管内壁中。在实验时来回 推动注射器，可达到连续调节玻璃管中空气柱的高度，使其达到最 佳的共鸣效果。读出此时标尺上空气柱的高度值，求出该波的波长。改进后操作方便，现象明显，不妨一试。实验十一：测定声波波长实验的改进（一）教材上关于测定声波的波长的实验，是采用声音的共鸣法来测定声波力波长，其原理简单 易作，很有特色。但美中不足的是：由于音叉发出的声音很小，持续时间较短，致使学生很难听到共鸣的

33、声音，从而影响实 验效果。如果对实验进行简单的改进，它就不仅能保持 原有的优点，而且可增加实验的效果，使实验数据更为 准确。具体方法是：用一个带共鸣箱的音叉代替原来的 单纯音叉，如附图。实验时，其原理与装置均不变，只是将原操作步骤 中“把发声的音叉放在玻璃管的上方”这一步改为“先敲 击音叉，然后将发声的共鸣箱口放在玻璃管的上方”。 由于共鸣箱发出的声音较大，持续时间长，因而它与玻 璃管中的空气柱发生的共鸣声也较响亮，听得很清楚， 而且可以连续听到 圆次共鸣声，从而使实验效果很明 显，所测得的波长也较为准确。实验十二：测定声波波长实验的改进（二）高中物理课本写道：“在盛水的容器中插一根粗玻璃管可

34、以证明：跟某一声波共鸣的空气柱的最短长度等于该声波的波长。因此，利用空气柱的共鸣可以测定声波的波长”。对该实验作如下改进和解释：实验的改进（1） 粗玻管可用去掉内壁荧光粉的废日光灯管做成，在管的外 壁上贴带有刻度的纸带；（2）盛水容器用塑料瓶做，将底部打开，瓶口套上橡皮管，皮管另一端套在玻管下面；（3）音叉可改用扬声器，扬声器接在学生信号源正弦波的接线柱上。如图一所示。 实验方法接通电源，调节信号源调频旋钮，使扬声器发声，慢慢放低盛水 容器，水面由管中降落，管中空气柱增长，当增长到一定值时，空气柱跟声波共鸣，发出相当强的共鸣声。再慢慢放低容器，空气柱增长到另一个定值时，又可听到共鸣声，不过，声

35、响次之。再向下放低容器，只要管子足够长，还可听到第三第四个共鸣声，但声响逐次变小，这样，反复测试，可测出某声波的波长及 该温度下的波速。解释当扬声器按某一频率振动时，激起周围该管子中空气分子振动，当声波传到水面时，水面不容许空气分子向下振动， 声波被反射回来。由于反射声波跟入射声波的振幅相同，频率相等，传播方向相反，在管中产生波的干涉。就如同拉紧的弦振动遇到节点后反射回来产生波的干 涉一样，振动最强的点称为反节点，振动最弱的点称 为节点。如图二所示。从图中看出，管中的干涉波 在水面处是节点，开口处是反节点时，只有这样，空 气柱才能跟声波发生共鸣。因为反节点在开口处， 空气分子振动最强，最容易跑

36、到开放的空间中去，分 子振动达到极大值，声音会大大地增强。如果开口处不是反节点，空气分子振动很小，不容易走到开放 的空中，就不会发生共鸣，开口处反节点到水面处节点的距离分别是波长。只有图中，声波反射的时间和距离都最短，能量消耗最少，所以共鸣声最响。实验十三：乐音与噪声实验的改进物理课本讲述乐音与噪声一节内容，做好该演示实验至关重要。对于条件较差的为了完成教学大纲规定的必做实验，下面介绍了一 种简易方法。教材用验音盘，即带小孔等间隔和间距不规的圆盘解决乐音与噪声的区别。对验音盘的制作并非难事，也易做成功，问题是“气源”怎样 解决？我们采用一胶皮篮球 开一小孔，插入一细管（若为了操作方便在细管另一

37、端用细乳胶管延伸），篮球的打气孔接上一个打气筒，如图所示。实验步骤： 将手指堵住细管口，用打气筒给篮球充足气。匀速转动验音盘，松开指头将气源对准验音盘小孔。由于验音盘小孔是间隔的，打气筒连续不断地打气，喷出的气流周 期性地穿过小孔，使圆盘上方的空气压缩形成周期性振动的声源， 这时听到的是频率一定的声音乐音。若换验音盘月，小孔间距不规则，结果发出的是难听的噪声。 此实验“气源”的特点：气压足，无噪声，气流连续不断，是验证乐声与噪声实验的理想气源之一。实验十四：声速测量的研究 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波，声速是描述声波在媒质中传播特性的一个基本物理量。对超声波（频率超过2104Hz的声波）传

38、播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。影响声音传播速度的有两个因素:介质和波源。而声音传播的介质密度越大声音传播的速度就越大。观察声音在液体中的传播波形，更好的测量了声音在液体中的传播速度，及分析了外界因素对声速的影响。 设计原理及方法：1原理：在波动过程中，波速、波长和频率之间存在下列关系：通过实验，测出波长和频率，就可求出声速。超声波的产生与接收可以由两只结构完全相同的超声压电陶瓷换能器分别完成。压电陶瓷换能器可以实现声压和电压之间的转换，它主要由压电陶瓷环片、轻金属铝（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如

39、铁）组成。超声波的产生是利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变电压作用下，压电陶瓷纵向长度周期性地伸、缩，产生机械振动而在空气中激发出超声波。超声波的接收是利用压电陶瓷的正压电效应使声压变化转变为电压的变化。 压电换能器系统有其固有的谐振频率，当输入电讯号的频率接进谐振频率时，压电换能器产生机械谐振，等于谐振频率时，它的振幅最大，作为波源其辐射功率就最大；当外加强迫力以谐振频率迫使压电换能器产生机械谐振时，它作为接收器转换的电讯号最强，即灵敏度最高。本实验中，压电换能器的谐振频率在35k39kHz范围内，相应的超声波波长约为1cm。由于波长短，而发射器端面直径比波长大得多，因而定向发射性能好，离发射

40、器端面稍远处的声波可以近似认为是平面波。 位相比较法测声速波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿传播方向上的任何两点，如果其振动状态相同，即两点的位相差为的整数倍，这时两点间的距离应等于波长的整数倍。即 (为一正整数) (4-8-2) 利用式(4-8-2)可以精确地测量波长。由于发射器发出的是近似于平面波的声波，当接收器端面垂直于波的传播方向时，其端面上各点都具有相同的位相。沿传播方向移动接收器，可以找到一些位置使得接收到的信号与发射器的激励电信号同相，相邻两次达到同相时，接收器所移动的距离必然等于声波的波长。为了判断位相差并且测定波长，可以利用示波器显示接收器的信号波形，并且沿波传播方

41、向移动接收器寻找接收器信号的同相点。也可以利用李萨如图形判断位相差，如图4-8-3所示。当这两信号同相或反相时，李萨如图形由椭圆退化为向右或向左斜的直线，利用李萨如图形形成斜直线来判断位相差最为敏锐。沿波传播方向移动接收器，当位相差改变时相应距离的改变量即为半波长(/2)。图4-8-33、实验方法用位相比较法测声速实验装置如图4-8-1所示。将两只换能器的正弦电压信号分别输入到示波器的“X轴”和“Y轴”，荧光屏上便显示出两个相同频率的垂直振动的合成图形。当接收器从发射器附近慢慢移开时，接收器与发射器间的位相差随移动的距离变化，荧光屏上的图形也相应地周期性变化（如图3-14-4）。在移动接收器的

42、同时，注意观察屏上图形的变化。每当屏上出现斜直线图形时，从游标卡尺上直接读出反向点和正相点的位置。 由于发射端信号比接收端强，而一般示波器Y轴灵敏度比X轴高，因此通常Y轴接接收端信号，X轴接发射端信号。 将示波器“扫描范围”旋钮扳到“X-Y”位置。适当调节示波器，使荧光屏上的李萨如图形能便于观察。如果图形效果不好，可调节X轴和Y轴的衰减旋钮。 移动接收器，逐渐改变两只换能器的间距，观察荧光屏上李萨如图形的变化。每当屏上呈现出正、负斜率的直线图形时，从游标卡尺上读出该位置的数值并记录。 记下室温t，根据声速的理论公式计算t时声速的理论值： 式中：T=(t+273.15)K；V0=331.45m/s(为T0=273.15K时的声速)。V的单位为m/s。（5）先在测试槽中注入水，直到把换能器完全浸没，不能超过液面线。（6）测试方法同上。（7）再把水换成盐水，测试方法同上。图4-8-l4、数据记录与处理：相位比较法：空气 温度：t= 15 0C 谐振频率： 36977 HZ测量次数（i）1234567891027.6132.3437.0141.6046.3050.8955.6560.2664.9669.5223.2823.