§7.3 振动与波实验教具制作

一、受迫振动

如图 7-23 所示。

图 7-23

用手有节奏地压铁片，使下面的振子在周期性策动力的作用下做受迫振动，策动力的周期就等于振子受迫振动的周期。改变手压铁片的频率，振子受迫振动的频率亦随之改变

【制作方法】

材料：空高橙饮料瓶一个、小铁皮一块、小木塞(或橡皮塞一个)倔强系数一大一小的弹簧各一个(倔强系数小的弹簧可以用橡皮筋代替)、直径 15mm 的小铁球一个(玻璃球亦可)、细铁丝一小截。

先剥掉高橙瓶的外壳包装纸，使其透明。将小木塞中心钻一个小孔， 按前图的方法把它们装配起来。注意细铁丝下端与倔强系数小的弹簧固定，上端穿过倔强系数大的弹簧与铁皮固定，铁皮略大于弹簧直径，平放在弹簧上。

【实验方法】

1. 用铁夹子夹住铁丝伸出小木塞处，使其不能上下移动。将瓶子拿起来上下摇动数下，放回桌面，此时振子振动起来，且振幅逐渐减小， 几分钟之后停下来。这种振幅越来越小的振动即是阻尼振动。

2. 用一个周期性的力压铁皮，振子会在这种周期性的策动力作用下持续振动起来。这种物体在周期性外力作用下的振动叫受迫振动。

3. 以不同频率的策动力压铁皮，振子就以不同的频率持续振动。这说明物体受迫振动的频率等于策动力的频率，而跟物体固有频率无关。

二、声波在空气中传播速度的测定

【实验原理】

波在传播时，波速、波长与频率有如下关系：

v=λf

如果我们已知波的频率 f，测出波的波长λ，就可以求出波速 v。假设在一长玻璃管口有一已知频率的声源，管口装有可以调节高度

的水柱。声源发出的波在玻璃管口传播会经水面反射到管口，入射波与反射波互相叠加，产生声波的干涉现象。如果我们改变水柱的高度，我们可以在管口一次、再次、第三次⋯⋯听到最强的声音。

相邻两次听到最强声音的水柱面高度之差(参看图 7-24)一定等于半个波长。

1

即：l2 - l1 = 2 λ；

l 3 − l2

⋅

⋅

⋅

1

= 2 λ；

1

l n − l n−1 = 2 λ。

测量出 l1、l2、l3、⋯、ln-1 代入上式，可以测出声波的波长(取平均值)λ。

前面假设声源的频率 f 已知，故可求出声波在空气中的波速 v。

【制作方法】

材料：40W 废日光灯管、一次性输液软管、空高橙饮料瓶、木板(5

×80cm²)、废圆珠芯一支、音叉、粘胶等。

用钳子轻轻除去日光灯管两端的铝皮，然后把一端锉开口，另一端保留抽气小玻璃管。从锉开的一端倒出管内杂物，装进少量细沙与水， 沿管轴方向摆动，利用水和沙洗管壁内的荧光粉，把水和沙倒出洗净管壁。

用饮料瓶作一个连通器。在饮料瓶下部用铁钉烫一小口，插入一空圆珠笔芯管，用胶粘牢。把软管一端插在圆珠笔芯管上，一端与日光灯保留的玻璃管相接。

在木板上贴一张白纸，并画出刻度线，将日光灯管固牢在木板一侧。最后在木板顶端开一小孔，以便插入音叉的手柄，并使音叉置于管口上方。饮料瓶要能在支架杆上调节高度并固牢。整个装置如图 7-25 所示。

【实验方法】

1. 利用饮料瓶连通器向管里注水，直至接近管口。

2. 敲击音叉，并使饮料瓶自上而下移动，使水柱面下降。在管口听到声音最强时停止移动饮料瓶，固定其高度，记下此时刻度尺上的读数。

3. 重复步骤 2，找到相邻声音最强时刻度尺的读数。

4. 利用前面的公式，算出声波波长值，再由波速、波长、频率的关系式计算出声波在空气中的传播速度。

5. 改用不同频率的音叉，用同样的方法测出声音在空气中的传播速度。比较一下。

注意：可以不用音叉，把扬声器固定在管口处，扬声器再接学生信号源，信号源调节到一定的频率输出信号，使扬声器作为声源。

(邹维民提供)