关于波的四个实验摘要：本文探讨了高中物理教材涉及到的波的四个实验，提出了问题，并给出了解决问题的方法。关键词：波干涉多普勒效应实验1引言笔者在对高中物理的教学研究中发现，与波有关的部分实验难以演示，或者传统方法效果不佳，还发现波中的部分知识点难以表述清楚，本文给出了普通高中物理课程标准实验教科书[1](以下简称教科书)中提及的声波的干涉实验、蜂鸣器音调的变化的实验方法；提出了对教科书中关于水波衍射插图的商榷；介绍了两种关于干涉的教具的设计方案，并说明了演示过程。本文涉及的教具有效突破了教学难点，相比以往的实验方法有较大改善。2探讨2.1声波的干涉实验在《波的干涉》[2]一节中，建议做一做声音的干涉实验。该实验的常规方法是这样的[3]：用信号发生器发出某一频率的交变电流，再通过功放输出到扬声器，然后，用麦克风接收，在示波器上显示波的强度变化，从而显示出声波叠加后的强、弱分布。利用现代化手段演示该实验所需的器材大大减少，还可以通过投影设备展现波形。原理如下：①用软件发出某一频率的声波[4]，通过与电脑连接的有源音箱发出该声波。②把麦克风和电脑相连，用麦克风接收声波，再利用软件显示该声波，此波形可反映波的强度变化。③利用投影设备以增强可视性。从上述原理可知，用有源音箱、麦克风、多媒体设备和相应的软件就能演示声波的干涉。能实现上述功能的软件很多，笔者建议用软件AudioSweepGen产生音频信号，用软件Multi－Instrument[5]分析声波的强弱。这两个软件很容易上手，所以本文不赘述软件的使用方法和具体演示过程，而给出该实验的5个技巧：麦克风笔记本电脑音箱音箱图1①授课教师和主要装置的位置如图1所示。2．声波以选用700－1200Hz的正弦音频为宜。3．把麦克风固定到一个长约1.5m的竹竿上，教师手持竹竿移动麦克风。4．两个音箱的距离大约是60厘米。5．用软件Multi－Instrument含有的“示波器”组件显示声波的强弱。虽然有文献[6]介绍过类似的方法，但是笔者介绍的软件更易上手，波形粗细、比例均可调整，界面整洁且可缩放[7]，所以更适合教学演示。2.2蜂鸣器的音调变化实验2.2.1方式1在《多普勒效应》[8]中有个演示实验——蜂鸣器的音调变化，笔者按照教科书中介绍的方法演示该实验，发现实验效果并不理想：有较多的学生可以听出来音调确实是变化了但是，由于蜂鸣器运动的时间短、速度不够大等原因人耳不易发现音调究竟是如何变化的笔者曾尝试用多种方法“挥舞”竹竿，但多数学生仍然反映“能听出变，但是听不出怎么变”，于是笔者用弹弓把蜂鸣器发射出去以增大速度，且用一根钢丝约束蜂鸣器的运动，此演示效果颇佳，且该装置简单易制。简介如下。首先制作一个能被发射出去的声源，笔者称其为“发声球”，原理见图2-1。1是有源蜂鸣器，2是纽扣电池，它利用蜂鸣器的引脚为蜂鸣器提供电能，3是蜂鸣器上粘接的一个铁丝环。准备少许海绵和一根长约10米、直径约1mm的细钢丝。演示该实验的基本方法：把细钢丝穿过发声球，即穿过钢丝环3，请两位同学在教室前后拉紧细钢丝，然后，教师用弹弓发射发声球，在钢丝的约束下，蜂鸣器沿着直线快速运动。制作此教具的注意事项有：①先用绝缘胶带包住蜂鸣器和纽扣电池，然后用“哥俩好”胶把发声球包裹成一个外部坚硬的球形体，并引出作为开关的引线，注意不要让胶堵塞蜂鸣器的扬声孔。213图2-1发声球图2-2发声球实物2．在细钢丝的末端放置少许海绵条，以免高速运动的发声球伤及拉钢丝的学生并且可以保护发声球不被撞坏。3．约束发声球运动的线宜用钢丝，不宜用铁丝（铁丝易折，不易拉直），也不宜用表面是凸凹不平的钢丝索。4．钢丝的两端可能很尖锐，一定要妥善处理，比如用胶带包裹，这样即防止钢丝末端伤人又便于学生抓握。整体装置见下图（演示所需的弹弓未画出）。1是钢丝，2是发声球，钢丝穿过发声球上的铁丝环，3是海绵条。2.2.2方式2笔者再给出一种演示多普勒效应的方案，此法可以直观发现声波的频率发生变化：1．打开软件Multi－Instrument，并运行其中的“频谱分析仪”组件，该组件横轴表示频率，纵轴表示频率的强度。2．让固定在竹竿末端的蜂鸣器发声，在频谱分...
