可调驻波实验演示_驻波论文

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人教版高二物理第十章第六节“驻波”的演示实验如图1所示,在盛水容器中插入一根粗玻璃管,管口上方放一个正发声的音叉,慢慢向上提起玻璃管,当管内空气柱达到一定长度时,可以听到空气柱发出较强的声音。但该实验在实际操中发现有两项不足:

附图

图1

①玻璃管上方的音叉敲击一下,只能在2s~3s内听到声音。若再敲打,则难以分清发出的声音是共振的还是敲击的。②慢慢提起玻璃管时,要一手提玻璃管,一手提音叉,做起来比较困难。若将音叉固定在支架上,提起玻璃管时高度受限制,同时随着玻璃管上移,易产生多普勒效应,效果不理想。

为了弥补上述不足,笔者进行了如下改进。

一、实验装置

如图2所示:

附图

图2

A是与音频发声器相连接的喇叭(音频发声器未画出),用来代替不能长时间持续发声的音叉。

B是两端开口的玻璃管,下端带有单孔的橡胶塞。

C是内盛满水的带有瓶盖的塑料饮料瓶。用空心螺丝(可用自行车的气门芯)将B、C连接起来成为一体。

D是支架。

二、实验操作

(1)用手挤压塑料饮料瓶,使瓶中的水进入玻璃管中,并使水接近玻璃管口。

(2)接通音频发生器的电源,使调节音频至200Hz左右,并调节音量,让全班同学能听见声响。

(3)慢慢松手,使玻璃管中的水柱下降,待降低到某一位置(如图3a)时,能听到很响的共鸣声。表明这时管内空气柱的频率和扬声器发出的声音频率相同,使空气柱产生共振现象,这是第一共鸣。把水柱继续下降,依次听到声音有几次最响,其位置分别记录为b、c、d;依次用刻度尺量取空气柱的长为:4.2cm、12.6cm、16.8cm、21.0cm。

附图

图3

三、两点说明

(1)当第一次共鸣时,从喇叭发出的声波进入玻璃管中,与经玻璃管内水面反射回来的反射波相互叠加,在空气柱中产生驻波。水面处是波节,玻璃管开口处是波腹,管内空气柱的长度为ι[,a]=λ/4,原理如图3所示。当第二次共鸣时,此时水面处为波节,玻璃管口处为波腹,这时管内空气柱的长度为ι[,b]=(3λ/4),同理可知,空气柱的长度为ι[,c]=(5λ/4),ι[,d]=(7λ/4)……都会形成驻波。

(2)采用实验室中常用的音叉(固有频率为440Hz),波长分别为19.3cm、57.9cm、96.5cm,要求水槽深度和玻璃管长为100cm,因此,操作不方便,而且一般只能听见一次共鸣声。而采用2000Hz的频率的四次共鸣所用玻璃管的长不足30cm。

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