利用金属棒的声音理解波动的原理

实验内容

敲击或摩擦长度、材质不同的金属,会发生洪亮而持久的声音。让学生比较所听到的声音,而后思考金属棒中产生的恒定波,学习各种波动原理。

所需材料

长1m的金属棒(铝、黄铜、铜等各种材质,同种材质最好既有粗又有细),铁锤,松香(可以到乐器店买小提琴专用松香,也可以使用棒球专用松香),金属锯。

实验方法

【基本的发声方法及原理】

敲击金属棒

手指握住铝棒的中央,用铁锤敲击金属棒的一端,可以发出响亮的“叮”的声音,且持续一段时间。敲击的方向必须正确(如图1所示)。把松香抹在手上,用手摩擦金属棒也可以发出同样的声音(用松香做实验耗时较长,但声音效果很好)。

【用实验说明恒定波的产生方法】

捏住金属棒的中心时可以产生基本振动。让学生思考:捏住其他什么位置时也可以发出同样的声音呢?金属棒的1/2、1/4、1/6位置可以实现。捏住1/3的位置是不是也能产生恒定波呢?实际上是不可以的(参照图2)。做实验时,可以事先用记号笔在金属棒上标出1/2、1/3、1/4、1/6的位置。如果有测频仪的话,可以对声音的频率进行定量分析。

产生恒定波

【波长变化,音调也随之发生变化】

除了长1m的铝棒外,准备各种长度的铝棒。通过实验可以证明:当金属棒的长度变为原来的一半时,频率变为原来的2倍。

【听蜂鸣声】

准备2根长度相同的铝棒。如果粗细不同,那么频率也不一样。即便粗细相同,削掉其中的一端,也会使频率发生改变。分别捏住铝棒的中央,同时敲击,能在一段时间内听到明显的蜂鸣声。这比用共鸣音叉做实验效果更明显。

【声速变化,频率也随之发生变化】

材质、长度都相同的金属棒,即使粗细不同也能发出几乎相同的声音。但是,长度、粗细都相同的金属棒,如果材质不同音调就完全不同。例如:黄铜棒可以发出优美的声音。

【声的干涉,多普勒效应】

在声的干涉实验中,一般都要使用喇叭。现在,只要1根铝棒就可以演示干涉实验。基本振动时,金属棒的两端为振动最大点,就像两个相距1m的喇叭。捏住铝棒使其保持横向,敲击后让大家听。学生通过摇头或移动可以听到干涉现象。此外,捏住中央,像挥舞指挥棒一样旋转金属棒,可以听到多普勒效应。

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发布时间:2015/1/8 14:08:37  阅读次数:4874

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