共振音叉实验的改进

王佑坤

(耒阳师范学校,湖南耒阳421800)

共振音叉实验的改进

王佑坤

(耒阳师范学校,湖南耒阳421800)

音叉共鸣箱垫片的老化或弹性不足,严重影响了声音共鸣的演示效果.经研究发现,只要在音叉的共鸣箱底部垫上泡沫塑料即可达到预期的演示效果.为达到最佳的演示效果,还探讨了敲击音叉的部位及音叉的数量和摆放方式.

音叉;共鸣;弹性

1 引 言

高中(含中等职业技术学校)的物理教材中有关声音的共鸣,是用1对440 Hz的共振音叉来演示的.最常见的问题是:新仪器演示效果好些,旧仪器演示效果差些,有些使用时间过长的音叉,基本上无法较好地演示出共鸣效果.不少从教多年的教师也常常为此而深感困惑.为求得较好的演示效果,甚至总是试图用加大敲击音叉叉股的力度来得到满意的效果,认为这样可以增加声波的能量.但往往事与愿违,部分音叉的叉股支座被震脱而导致仪器受损.笔者经多次探索和改进,找到了改进方法,现介绍如下.

2 共振音叉实验的改进

图1 改进后的音叉

在2只音叉的共鸣箱的底部各垫上1块泡沫塑料,如图1所示.敲击其中1只音叉的叉股使其发声,片刻之后,用手抓住被敲击的音叉的叉股,该音叉即停止发声.然而教室里的学生仍能听到清晰的由音叉振动而发出的声波.待确认后,再用手抓住未被敲击的音叉的叉股,则声波立即消失.这说明未被敲击的音叉是由于共振而发声的.教师按上述方法敲击另1只音叉,重复上述操作,同样可以听到明显的共鸣现象.

3 实验改进的原理

音叉共鸣箱的底部有4个橡胶垫,刚生产出厂的音叉,橡胶垫具有较好的弹性.音叉振动时,共鸣箱与桌面作用过程中,能量损失较少,因而可以得到较好的共鸣现象.但当音叉使用时间过长,橡胶垫发生老化而变得坚硬,弹性变小,音叉振动时,共鸣箱就会将较多的能量传到与之相连的课桌上,使得振动音叉的振动能量损失较多,以致造成共鸣箱的共鸣效果很差.当垫上具有良好弹性的泡沫塑料之后,振动音叉的振动能量的损失大大减小,共鸣效果就可以得到明显改善.由此可见,只要分别在2个共鸣箱底各用不干胶粘上2块等厚的条形泡沫塑料块,用以代替老化了的橡胶垫,不仅可以得到同样的演示效果,而且移动起来更为方便.上述泡沫塑料块也可以用高密度海绵块代替.

4 共振音叉演示方法的进一步改进

为确保得到更加理想的演示效果,橡皮槌敲击音叉叉股的部位也是有讲究的.为方便说明问题,将音叉叉股外侧面划分为 A,B,C 3个区域(如图2所示).习惯上,一般多敲击B区,因为这是叉股正面的中心区域,认为这样效果会更好.其实不然,最佳的敲击区域是A区——叉股正面的上端区域.因为用相同的力依次敲击A,B,C 3个区域,音叉的振动频率虽然相同,但叉股的振幅却依次减小,以A区获得的振幅为最大.由于机械波的能量与振幅成正比,因而音叉振动的声波最强,这样演示效果就能达到更佳.

图2 音叉示意图

为增加演示实验的趣味性,可用2对相同的音叉按图3所示放置.演示时只要教师轻轻敲击其中任意1只音叉使其发声.片刻之后,再用手抓往被敲击的音叉,仍能听到较强的音叉振动的声波.若只用手抓住其余未被敲击的任意1只或2只音叉,教室里还是能够听到音叉振动的声音.只有全部抓住其余3只音叉,教室里才会听不到音叉振动的声音.这说明,只要敲响其中任意1只音叉,就可引起其余3只音叉的共鸣.在图3中任意1只音叉内侧叉股上套一小块泡沫塑料,这样既可改变该音叉的质量又能增大可见度和保护音叉,如图4所示.当敲击该音叉外侧叉股时,不仅声强大大减弱,而且不能引起其余3只音叉的共鸣.同样,敲击其余3只音叉中的任意1只音叉,也不能引起该音叉的共鸣.这表明:当音叉质量的改变导致固有频率改变,以致不能满足共鸣的条件时,共鸣现象就不再发生.

图3 2对音叉共同演示声音共鸣现象

图4 套上泡沫塑料后演示声音共鸣现象

5 结束语

上述改进,与传统方法比较,既增大了声波的强度,又减少了声波能量的损失.相距1.3 m的1对音叉都可以产生共鸣现象.如果再备2块能塞住音叉共鸣箱开口端的泡沫塑料块,增加共鸣箱作用的演示实验,既可形象地揭示共鸣箱放大声音的作用,又可以丰富演示内容,还能激发学生的学习兴趣.上述图3～4所做的2个演示实验,也可以改为学生的探索性实验,既有新颖性,又有趣味性,得出的结论也更具普遍性,对帮助学生更好地理解声音共鸣的原理和应用大有裨益.

[责任编辑:尹冬梅]

Using resonant tuning fork

WANG You-kun
(Leiyang Teachers School,Leiyang 421800,China)

On account of ageing,the cushion under tuning fork lacks elasticity.It w ill lead to bad demonstrating perfo rmance of the tuning fo rk.In this study,foam underlay w as used to imp rove the demonstrating performance.A t the same time,some issues,such as the knocking position,the number of tuning forks,and how to put the tuning fork,were discussed.

tuning fo rk;resonance;elasticity

G633.7

B

1005-4642(2011)01-0023-02

2010-06-20

王佑坤(1955-),男,湖南耒阳人,耒阳师范学校高级讲师,学士,从事中学及中职物理实验的教改研究工作.