铝棒发音的实验研究.doc

1铝棒发音的实验研究罗志恒（苏州市第十中学 江苏 苏州 215006）本学期学校建成并开放了科学探究实验室，里面的趣味物理实验吸引了很多高中学生的注意特别是其中的铝棒发音实验，学生们看过后都很惊讶，没想到小小的一根铝棒竟能发出很响的声音一、实验方法：用一只手的拇指和食指捏在铝棒的中点处，再用另一只手的拇指和食指蘸一点松香粉，紧捏住铝棒，从中点处向一端抹动，反复几次，可以听到铝棒发出很纯的声音，而且响度越来越大，停止抹动以后，声音可以持续很长时间二、实验原理：手指紧捏住铝棒，不停地朝一个方向抹动铝棒，铝棒受到纵向（沿棒的方向）的连续扰动会产生纵波（介质振动的方向与波的传播方向相同的波），入射波与从介质边界（铝棒的两端）反射回来的反射波发生干涉，形成驻波手捏着铝棒的中点，由于手的约束，该处的介质不易作纵向振动，所以铝棒中点处一定是波节驻波是由入射波和反射波叠加而成，在两种介质的界面处是波腹还是波节，取决于界面两侧介质的性质介质的密度与波速之乘积叫做波阻(即波的阻抗) ，相对波阻较大的介质称为波密介质，反之称波疏介质波从波疏介质入射而从波密介质上反射时，界面处形成波节；波从波密介质入射而从波疏介质上反射时，界面处形成波腹。

铝棒的两端是两种介质（铝和空气）的界面处，铝是波密介质，空气是波疏介质，所以铝棒的两端一定是波腹因此，铝棒中驻波可能有以下一些波形：L……2假设铝棒的长度为 L，由于铝棒中点为波节，两端点为波腹，而且相邻的波节和波腹间的距离是波长的一半，所以铝棒长度 L 是半波长的奇数倍即： 2)1(n（n=0，1，2……）铝棒中每一种形式的驻波振动后，在铝棒中产生一种与驻波波长相等的声音n 波长 声波在铝棒中的速度频率 f（ ）V声音种类0 L2Lf2基音1 332 5Vf5…… ……smV/510……泛音其中波长最大（频率最小）的声音叫基音，其他的声音叫泛音，而基音的寿命最长，泛音很快就衰减消失，所以我们听到的持续的声音是基音三、实验验证：1，抹动铝棒，使铝棒发音；2，借助麦克风，利用电脑上的 WINDOWS 自带录音机录制铝棒发出的声音，存为 wav 声音文件；3，利用 Cool Edit 2000 音频软件，分析录制的 wav 声音文件，得到声音的波形，测出该声音的频率；34，把用 Cool Edit 2000 音频软件测得的铝棒发音的频率填入表格；5，利用刻度尺测量铝棒的长度，并填入表格；6，利用公式 计算基音的频率；LVf2四、实验数据：1，横截面相同、长度不同的铝棒发出的声音的频率序号 声音文件名软件测出的声音频率 f铝棒的长度 L基音的波长（ ）2声波在铝棒中的速度基音的频率f（ ）V1 L1.wav 4015.3Hz 0.633m 1.266m 4028.4Hz2 L2.wav 3738.7Hz 0.678m 1.356m 3761.1Hz3 L3.wav 3647.1Hz 0.698m 1.396m 3653.3Hz4 L4.wav 3435.5Hz 0.739m 1.478m 3450.6Hz5 L5.wav 3263.2Hz 0.780m 1.560m 3269.2Hz6 L6.wav 3176.3Hz 0.802m 1.604m 3179.6Hz7 L7.wav 3043.8Hz 0.840m 1.680m 3035.7Hz8 L8.wav 2895.2Hz 0.882m 1.764msmV/5102891.2Hz序号 声音文件名软件测出的声音频率 f铝棒的长度 L基音的波长（ ）2声波在铝棒中的速度基音的频率f（ ）V1 D1.wav 4147.3Hz 0.633m 1.266m 4028Hz2 D2.wav 3653.5Hz 0.720m 1.440m 3542Hz3 D3.wav 3277.2Hz 0.800m 1.600msmV/5103188Hz2，长度相等、横截面不同的铝棒发出的声音的频率4序号 声音文件名软件测出的声音频率 f铝棒的长度 L 基音的波长（ ）2声波在铝棒中的速度基音的频率f（ V）1 L1.wav 4016 Hz2 D1.wav 4147.3Hz3 S1.wav 4146.1Hz4 S2.wav 3993.1Hz0.633m 1.266m smV/5104028Hz从上面三组实验数据，我们可以分析得到：根据实验原理用公式计算得到的基音的频率和用软件测出的铝棒发音的频率基本上是相同的。

五、实验结论：1，铝棒越长，发出的声音频率越低；2，铝棒发音的频率与长度有关，与横截面关系不大；3， 我们听到的铝棒发出的声音主要是基音，基音的波长是铝棒长度的二倍，即；L4，声音在铝棒中传播的速度 是由材料决定的，根据公式 ，可以求出长度VfV为 L 的铝棒发出的声音的频率 Lf2参考文献:1，高中物理课外实验 教育部教学仪器研究室主编 人民教育出版社 20032，基础物理学 过祥龙、董慎行编着 苏州大学出版社 19993，大学物理手册 胡盘新 上海交通大学出版社 19994，中学物理实验教学与自制教具 教育部师范教育司编写 上海教育出版社 200155，用 sound forge 软件分析声学问题 沈孝兵 物理教学 2006（3）6，Cool Edit Pro 软件在物理实验中的巧应用 雷志锋、余扬彪 物理教师 2005（4）。