妙趣橫生的揚聲器和留聲機的制作

◆楊杰 黎秋婷

電磁感應現象和楞次定律是高中物理重點掌握的內容，揚聲器和麥克風正是這一內容的具體應用。通過上網查找資料，已經有人制作簡易的揚聲器，雖然材料易找，但制作的是動圈式揚聲器，具體方法比較復雜。如何用更少的材料，更簡單的制作方法，制作可以演示這個內容的實驗儀器呢？本文利用動磁式揚聲器，即線圈固定，由強磁鐵帶動紙杯振動的揚聲器。實物如圖1所示。

1 動磁式揚聲器的制作

實驗材料包括強磁鐵1粒（直徑8 mm，厚2 mm），細銅絲線圈，紙杯，亞克力板1塊（長17 cm，寬9 cm），音頻線1根，熱熔膠，502膠水。

圖1

圖2

具體制作方法如下：用502膠水將強磁鐵粘到紙杯上，將玩具線圈的兩端焊接到耳機插頭上，如圖2所示。將紙杯套到廢棄玩具中，讓線圈靠近紙杯，然后用502膠水粘牢，將玩具支架固定在一小塊亞克力板上，完成實驗制作。

本實驗裝置可以實現多種物理現象，適合學生進行動手探究與操作。

放音 將實驗裝置的耳機插頭直接插到電腦或者手機的音樂輸出接口，播放器的音量調到最大，即可聽到音樂。若聲音太小，借助功率放大器將聲音信號放大，效果會更明顯。

錄音 將耳機插頭接入電腦的麥克風接口，打電腦的錄音程序（開始→程序→附件→娛樂→錄音機），然后對著紙杯說話，或者將開著鈴聲的手機放到紙杯里，即可以進行錄音。

本實驗裝置通過放音和錄音的演示，可以講解能量轉化問題，包括電能轉化為機械能、機械能轉化為電能的具體過程。進行放音演示時，從計算機輸出的音樂是一種電流，而且是變化的。電流經過線圈時，由電磁感應現象可知，在線圈周圍就會產生變化的磁場，與強磁鐵的磁場相互作用，就會引強磁鐵的振動。由于它與紙杯粘在一起，紙杯就跟著一直振動，紙杯還將這種振動放大，于是聲音就產生了。

進行錄音演示時，聲音的振動引起紙杯的振動，帶動強磁鐵的振動。由楞次定律可知，為了阻礙磁鐵振動，線圈就會產生變化的電流，電流變化的頻率與聲音的頻率一樣。通過計算機系統的錄音軟件（開始→程序→附件→娛樂→錄音機），就可以把聲音錄制下來了。

簡易揚聲器的實驗制作，從“瓶瓶罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的思想出發，用生活中的容易找到的材料，制作簡易的動磁式揚聲器，將揚聲器復雜的結構簡易的表現出來，能夠引發學生的興趣和思考。從實用性上看，取材容易，結構簡單，易于操作，性能穩定，適于探究式教學。

2 黑板揚聲器的實驗

教室的黑板也能夠用作揚聲器[1]。如圖3所示，黑板上固定一個直徑為6厘米的強力稀土磁鐵，一捆30米左右的電線卷曲為10厘米左右的線圈綁好。實驗現象如下：將線圈連接到擴音機的輸出端，把線圈靠近放在黑板上的磁鐵，有音樂聲音傳出來。把電線拿開以后，音樂的聲音停止了。再把電線放到黑板上的磁鐵旁邊，音樂的聲音又響起來。原來，旁邊有一架錄音機，音樂聲音是由耳機插座轉換成電流振幅，但不是由耳機輸出，而是連接到擴大機上。擴大機把訊號放大，轉化成震動的電流，傳到這捆電線上。當電線靠近磁鐵，磁鐵因為電流的變化而造成黑板的震動，震動的黑板發出音樂的聲音。

圖3

也可以把黑板當成麥克風來使用，把電線靠近強力稀土磁鐵，大聲對黑板說話，然后按下放音鍵，錄音機揚聲器傳出說話的聲音。當人對著黑板講話，黑板跟隨人的聲音而震動，磁鐵也發生震動。電線靠近磁鐵，磁鐵的震動使電線產生感應電流，感應電流發出電訊號，傳輸到錄音機里面，被記錄下來。由于從震動的黑板上錄音下來，聲音確實不夠清楚，但是把黑板當成麥克風來使用，確實是一個有趣的實驗。

3 趣味留聲機的制作

最早發明的留聲機錄音裝置是聲波記振儀[2]，1877年8月15日，愛迪生制成世界上第一臺滾筒式留聲機：一個邊上刻有螺旋槽紋的金屬圓筒被安在一根長軸上，長軸的一頭裝著曲柄，搖動曲柄，圓筒就會相應地轉動。還有兩根金屬小管，管的一頭裝有一塊中心有鈍頭針尖的膜板。為證明這臺機器能說話，愛迪生取出一張錫箔，卷在刻有螺旋槽紋的金屬圓筒上，讓針的一頭輕擦著錫箔轉動，另一頭和受話機連接。愛迪生搖動曲柄，對著受話機唱起了“瑪麗有只小羊羔，雪球兒似一身毛……”唱完后，把針又放回原處，輕悠悠地再搖動曲柄。機器不緊不慢、一圈又一圈地轉動著，唱起跟剛才愛迪生唱的一模一樣的歌。會說話的機器轟動全世界，外界輿論將其譽為“科學界的拿破侖”，是19世紀最讓人振奮的三大發明之一。即將開幕的巴黎世界博覽會把留聲機作為最新的展品陳列，當時美國總統海斯也在留聲機旁站兩個多小時。

如今，我們可以用簡單的器材，模擬愛迪生當年發明的留聲機。如圖4所示，由圖畫紙剪下一個30～40厘米大小的正方形，把這個正方形卷成圓錐形。以正方形一角為圓錐形頂點，把兩邊卷起，重疊處粘上膠水。把貼起來的地方，用回紋針別好，然后把這個圓錐放在桌上，內側用重物壓著，放置一夜，這樣才能完全干燥。用唱針穿過圓錐形的尖端，唱針的角度，也要如圖般稍微傾斜。唱針針頭須涂少量漿糊或蠟，以便固定。把圓錐形拿在手上，把傾斜的唱針對著唱片的溝紋放好，打開電源，唱片就開始歌唱了。這個自制的唱機，當然無法比擬現代音響的清脆而立體的音響效果。

圖4

[1]李耀俊.開展趣味電磁學實驗[J].物理教學,2010(8):21-25.

[2]留聲機：人類記錄聲音的歷史[EB/OL].http://tech.sina.com.cn/d/2007-11-23/14171870702.shtml.