大学物理实验设计性实验方案.123333333docVIP专享VIP免费

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2011级（2）班学号：2011433196姓名：赵得芳指导教师：粟琼凯里学院物理与电子工程学院2013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：xs=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)+φ0-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)+φ0]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。三、实验仪器音叉，示波器，麦克风，放大器，回转台四、实验条件及仪器要求1.麦克风的灵敏度要高，以便于准确地反映出声场的分布。2.实验应在相对空旷的地方进行，以免反射反射回来的声波的干扰。五、实验内容1.安装好实验仪器，检测各仪器是否都处于正常状态。2.用麦克风以音叉的中点为圆心，围绕音叉一圈并探测其各个位置声音强弱的情况。3.根据理论分析知，在远场区的周围会有四个最强点和四个最弱点，找出并记录下来。4.通过实验数据，描绘出音叉声场的分布图像。六、数据记录分别以r1,r2,r3为半径，找出音叉声场中强弱点的位置。以穿过两股音叉中间的轴线为y轴，音叉的连线为X轴。角度θ半径r(cm)00450900135018002225027003600r1r2r3七、参考文献1.普通物理学教程《力学》。2.杨述武著《普通物理实验》。3.郑玉梅著《音叉干涉佯谬诠释》。4.王其申著《音叉声波的干涉现象》。5.于智深著《关于音叉声波干涉现象的研究》。