音叉共鳴實驗的優化

葉甘露

摘要：對現行高中物理教材中關于音叉的共鳴演示實驗進行了分析，指出其不足之處，并提出了改進的方案。

關鍵詞：音叉；共鳴；共振；實驗；改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)2(S)-0058-2

對高中物理教材中［1］的音叉共鳴演示實驗進行了分析，并提出了改進方案。安排了“音叉的共鳴”的演示實驗（圖1），取兩個頻率相同音叉A和B，將A和B相隔不遠放在桌面上，打擊音叉A的叉股，使它發聲，過一會兒，用手按住音叉A的叉股使其停止發聲，此時，可以聽到沒有被敲響的音叉B發出了聲音。若我們在音叉B上套一個套管或纏一根橡皮筋，重做剛才的實驗，看看能否聽到音叉B的聲音?［2］

在教學過程中，筆者發現，如果按照課本要求進行實驗操作，共鳴現象很不明顯，共鳴聲遠小于A音叉的發聲強度，只有將耳朵靠近B音叉的共鳴箱才能聽到微弱的共鳴聲，而且持續時間很短，一會兒就聽不到了，究其原因，主要是音叉A產生的聲波在驅動音叉B振動時，能量損失較多，音叉B振動太弱，產生的聲音很小，且持續時間也很短。若是在教室里進行實驗演示，由于教室空間較大，絕大多數學生肯定聽不到音叉B共振所發出的聲音，達不到驗證實驗的目的。

為了取得更好的課堂效果，筆者著手對“音叉的共鳴”實驗進行了優化研究，探索并總結出兩個比較可行的方案。

方案1 變聽為看

實驗裝置改進如圖2所示，用一根細線拴一乒乓球使其在豎直方向上靜止時恰好緊貼著靠在音叉B的叉股上，適當調整共鳴箱之間的距離使共鳴聲大些，可增強實驗效果。

實驗時，老師用力敲擊音叉A時，學生可明顯看到懸掛的乒乓球被彈開一段距離(如圖3所示)。這是因為音叉B和A的固有頻率相同而發生共鳴現象，音叉B的振動將乒乓球彈開。

按方案1進行改進實驗有兩點好處：第一、在敲擊音叉A時，由于共振，音叉B振動將乒乓球彈開，從而將不明顯的聽覺感知轉化為明顯的視覺感知。第二、改進后，實驗的可視性很強，在課堂上做此演示實驗，有利于全班學生觀察實驗現象。

方案2 用擴音器將共鳴聲放大

實驗裝置改進如圖4所示，準備一個便攜式擴音器，將麥克風安裝的鐵架臺上，調整鐵架臺的高度和位置，使麥克風能正對著音叉B，麥克風和音叉臂的距離控制在0．5mm左右為宜，如圖5所示。

實驗時，敲擊音叉A時，適當調整揚聲器的音量，我們可以聽到揚聲器發出很純、很響的聲音，學生的熱情一下就起來了，當老師用手按住音叉A的叉股使其停止振動后，我們仍然可以清晰地聽到揚聲器的聲音，只有當老師用手按住音叉B之后，聲音才停止，說明我們后來聽到的聲音是音叉B振動所引起的。

按方案二進行改進實驗的好處在于，經過揚聲器對音叉共鳴聲的放大，使共鳴現象更為明顯、直觀，易于吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣。

總之，以上兩個優化方案簡單易行，操作性很強，實驗效果很好。如果教師在為學生做演示實驗時能稍加引導，對學生談談實驗改進的思路和心得，對激發學生的實驗探索欲望有很好的促進作用。當然，本文意在拋磚引玉，希望老師們有更好的方案拿來與人分享。

參考文獻：

［1］人民教育出版社，高中物理課本第二冊(必修加選修2006年11月第2版)

［2］賈愛英.簡易共振實驗演示儀，《物理實驗》．2005年03期

(欄目編輯王柏廬)