大学物理实验设计性实验方案.123333333docVIP专享

大学物理实验设计性实验方案 实验题目： 音叉声波的干涉 班 级： 物理学 2 0 1 1 级（2 ）班 学 号： 2 0 1 1 4 3 3 1 9 6 姓 名： 赵 得 芳 指导教师： 粟 琼 凯里学院物理与电子工程学院 2 0 1 3 年 5 月 前言 用橡胶锤敲击音叉，声波将向空间的各个方向传播形成声场。由于音叉产生的声波在空间中将会发生干涉现象，因此在音叉的周围将会出现声音强弱的分布区域，并且将会呈现出一定的规律。音叉分为两股它的两股以同样的频率做开合运动。每一股都将带动它的内外两侧气体形成疏密波，因而音叉振动时可以认为每股两侧各有一个声源 而且这两个声源是反相的。 按照声学的分析方法 ，应该区分近场区和远场区，对近场区音叉的每一股的内外两个侧面可以近似视为活塞式声源组成的声柱; 而对远场区，任何声源都可以近似视为球源由于近场区声源性质十分复杂 本文以下将只讨论远场区。 一、实验目的 1 . 了解音叉声场的产生原理。 2 . 探究音叉声场的规律。 二、实验原理 音叉的叉股只能抽象为通常的面波源或特殊的平面波源和点波源，因此纵波干涉的规律是不可能直接应用于音叉干涉情况的! 那么音叉周围存在的声波干涉，也就应该能够通过这些波源振动发出声波的叠加来加以解释。 1. 只考虑内侧面s1,s2振动时声波的叠加情况。 图 1 当内侧面s1、s2振动发声时，远场区的综合波完全可以等效为一个由特殊点波源振动发出的波，如图1所示，其波动方程为： x s=As(r,θ )cos[ω (t-r/v)+ φ ] 其中，As(r,0)，As(r, π ) 最小，AS（r, π /2）、AS(r,3π /2)最大。 2. 只考虑外侧面S/1,S/2振动发声时声波的叠加情况。 图 2 如图2所示，由于d相距很小，d=2cm,d<<λ,对于远场区来说，s/1,S/2可以等效为特殊的点波源，其波动方程为： XS/=As(r,θ )cos[ω (t-r/v )+φ 0-π ],其振动的分布图像如图。 3. 同时考虑内外侧面振动发声时声波振动叠加的情况。 当内外侧面同时振动时，其波动方程为 X=[As(r, θ )-As/(r, θ )]cos[ω (t-r/v)+ φ 0] 其合成波的波面情况如图3所示 图 3 综上所述可以看出，音叉周围存在的声波干涉，并不是由叉股作为点状相干声源发出的两列声波简单干涉的结果，而是由叉股内侧面发出的两列声波、叉股内侧面反射对方的两列声波、叉股内侧面对对方声波的强烈阻挡和衍射以及叉股外侧面发出的两列声波等多种因素相互影响、综合干涉的结果...