音叉振動(dòng)演示儀的設(shè)計(jì)方案

楊昌相

摘 要：普通農(nóng)村高中如何通過簡易、可行的設(shè)備將物理教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)結(jié)合學(xué)生的需求進(jìn)行創(chuàng)新，讓學(xué)能簡單、直觀、明了的看到物理現(xiàn)象，驗(yàn)證物理理論，是每一位農(nóng)村高中物理教師所思考的問題。本文就以音叉振動(dòng)演示儀的設(shè)計(jì)使用全程為例，作一個(gè)簡單的經(jīng)驗(yàn)交流，希望能引起更多的中學(xué)物理老師共鳴。

關(guān)鍵詞：器材；原理；實(shí)驗(yàn)；結(jié)論

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）19-008-01

一、器材及其制作

1、長方形木盒一只

2、玩具激光手電筒一只固定在木盒上的A點(diǎn)

3、音叉豎直固定在木木盒上的B點(diǎn)，周圍留一定的圓形空間，可以讓音叉自由振動(dòng)

4、在音叉上固定一小平面鏡

5、在木板的P點(diǎn)安裝一八面棱鏡

6、在木盒內(nèi)安裝一電動(dòng)機(jī)，通過皮帶輪與八面棱鏡相連接。開動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以帶動(dòng)八面棱鏡繞中心柱O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)速可以自行調(diào)節(jié)）

7、在木盒的一側(cè)安裝一木板MN，作為接受光信號(hào)屏幕。

8、微調(diào)旋鈕，用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

二、實(shí)驗(yàn)原理

如圖1所示：當(dāng)光源A發(fā)出光信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)A使得光水平射向貼在正八面反射棱鏡上的B點(diǎn)。光線到達(dá)平面鏡B后經(jīng)過光的反射到八面反射棱鏡上的C點(diǎn)，在C點(diǎn)經(jīng)過再次反射到光屏MN上的D點(diǎn)。當(dāng)八面棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，將改變?nèi)肷涔饩€BC的入射點(diǎn)C的位置，將會(huì)在屏幕上掃面出一水平亮線。相對(duì)于振動(dòng)圖像的時(shí)間軸。當(dāng)音叉振動(dòng)起來以后，粘在音叉上的小平面鏡會(huì)隨之一起擺動(dòng)，將改變?nèi)肷涔饩€AB的入射點(diǎn)位置，法線也隨之改變，將會(huì)在屏幕上得到一條豎直方向的亮線，此亮線與音叉振動(dòng)的振幅相對(duì)應(yīng)。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將本教具放置與水平桌面上。

（2）打開激光源的電源開關(guān)，并調(diào)節(jié)光源的位置，使光束經(jīng)鏡面和八面棱鏡反射后照射到白色墻面上。此時(shí)可在墻面上得到一紅色亮點(diǎn)。如圖2所示：

（3）啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)八面棱鏡開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并調(diào)整轉(zhuǎn)速可在墻面上得到一水平亮線如圖3所示：

（4）關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，使得八面棱鏡停止轉(zhuǎn)動(dòng)。敲擊音叉，可在墻面上得到一豎直亮線，改變音叉振動(dòng)的振幅，亮線的長短有明顯的變化。如圖4所示：

（5）在啟動(dòng)電機(jī)的同時(shí)，敲擊音叉，可以在墻面上得到一正弦波形，如圖5所示：改變八面棱鏡的轉(zhuǎn)速，可以觀察到波的頻率發(fā)生變化，改變音叉的振幅，可以觀察到波的振幅也隨之改變。

四、演示效果

音叉的振動(dòng)雖然能感覺到，但是觀察起來不是很明顯，此實(shí)驗(yàn)借助光的放大原理把微小的音叉振動(dòng)放大為可見度很高的光斑的移動(dòng).它不僅能讓學(xué)生看到振動(dòng)，還能讓學(xué)生看到聲音響度與振幅的關(guān)系，效果顯著。endprint