磁懸外置式真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)裝置

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

     摘    要： 利用密閉注射器得到近似真空的環(huán)境,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)裝置.該裝置利用同極磁鐵相互排斥原理,使發(fā)聲體懸浮,并將接收聲音的裝置放在發(fā)聲系統(tǒng)外部,避免了容器本身傳遞聲音.

關(guān)鍵詞： 聲音; 真空; 磁懸浮;

1 引 言

       在初中教材中真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)是利用相同的2個(gè)音叉相距適當(dāng)距離并將共鳴箱口相對(duì)放置,用橡膠錘敲擊右邊音叉,與左邊音叉相接觸的懸吊著的泡沫塑料球彈起,從而說(shuō)明空氣能夠傳播聲音.從教學(xué)實(shí)踐來(lái)看,實(shí)驗(yàn)原理超出了初中生的認(rèn)知水平(涉及到共鳴、聲音以能量的形式傳播等),現(xiàn)象不明顯還不易成功,而且對(duì)真空不能傳聲的實(shí)質(zhì),缺乏直觀性的實(shí)證.而文獻(xiàn)。關(guān)于聲音傳播需要介質(zhì),真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)是繼承了以往高中使用的玻璃罩內(nèi)放響鈴,逐漸抽出其中的空氣,能觀察到聲音響度變小的現(xiàn)象,來(lái)說(shuō)明聲音的傳播需要介質(zhì).但采用較老的這套實(shí)驗(yàn)裝置,不但麻煩、儀器多,而且由于封閉不好或不少中學(xué)不具備抽氣機(jī)等原因?qū)嶒?yàn)是很難保證成功的;而且該實(shí)驗(yàn)裝置在原理上存在著嚴(yán)重的讓學(xué)生產(chǎn)生歧義的問(wèn)題:當(dāng)用玻璃罩罩上響鈴時(shí),音量就變得很小了.為了避免這一不足,利用具有很好的密閉性的注射器得到近似真空的環(huán)境,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)裝置。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

       實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示.圖中:注射器是大號(hào)塑料注射器;無(wú)線話筒用哥倆好膠水粘在活塞上,可與活塞一起運(yùn)動(dòng);從音樂(lè)賀年片上取下的音樂(lè)集成塊和附帶的小揚(yáng)聲器等,并用膠布粘成一整體(以下稱“賀年卡”);2塊同極磁鐵(將其中1塊磁鐵用膠水粘在注射器底部);橡膠管套在注射器乳頭上;止水夾夾在橡膠管上,用來(lái)控制注射通氣.

圖1 真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)裝置   

1.注射器;2.活塞;3.柱狀徽型無(wú)線話筒;4.音樂(lè)集 成塊和小揚(yáng)聲器;5.磁鐵;6.橡膠管;7.止水夾; 8.話筒發(fā)射天線

3 實(shí)驗(yàn)原理

1)將注射器前端的出液孔封閉后,把注射器的活塞向外拉動(dòng)時(shí),擴(kuò)大剩余在注射器中的少量空氣的體積的方法得到近似真空的環(huán)境.真空度可達(dá)到40~0.1 mmHg(1mmHg≈1.32Pa)范圍內(nèi).

2)利用同名磁極相互排斥,將發(fā)聲音的“賀年卡”懸在空中,杜絕了從固體向外傳遞出聲音, 從而保證實(shí)驗(yàn)的效果.

3) 賀年卡作 為發(fā)聲體,使無(wú)線話 筒 (如JONDG ET-881A)發(fā)射一定頻率的音頻信號(hào),收音機(jī)(tecsun R-202T)作為接收器,當(dāng)接收頻率與發(fā)射頻率相同時(shí),發(fā)生電諧振,使收音機(jī)接收到無(wú)線話筒發(fā)出的音頻信號(hào).

4 實(shí)驗(yàn)方法

1)讓“賀年卡”(與磁鐵粘成一體)發(fā)出音樂(lè)聲,輕輕放入注射器內(nèi),再安裝好活塞.

2)打開(kāi)止水夾,讓空氣進(jìn)入注射器內(nèi),向外拉動(dòng)活塞,使發(fā)聲音的“賀年卡”在磁力作用下懸浮起來(lái),由于發(fā)聲的“賀年卡”在注射器內(nèi)部,遠(yuǎn)處的學(xué)生聽(tīng)不到聲音.

3)將遠(yuǎn)處學(xué)生中間的收音機(jī)的電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)、音量旋到最 大、波段開(kāi)關(guān) 置于調(diào)頻 (FM)波段,緩慢旋動(dòng)調(diào)諧旋鈕,當(dāng)旋到某一位置時(shí)(一般在88~108 MHz之間),會(huì)聽(tīng)到“賀年卡”發(fā)出的優(yōu)美聲音,表明空氣可以傳聲.

4)將注射器的活塞盡可能下壓,排出注射器內(nèi)的空氣,用止水夾夾住橡膠管,使注射器形成密閉系統(tǒng).此時(shí),活塞向上移動(dòng),收音機(jī)發(fā)出的優(yōu)美音樂(lè)聲變小.隨著活塞上移距離的增大,從收音機(jī)中幾乎聽(tīng)不到“賀年卡”的音樂(lè)聲.活塞向上移動(dòng),注射器內(nèi)幾乎形成真空狀態(tài),從而說(shuō)明真空不能傳遞聲音.

5)活塞位置不變時(shí),打開(kāi)止水夾,讓空氣進(jìn)入注射器內(nèi),又能重新聽(tīng)見(jiàn)收音機(jī)中“賀年卡”美妙的音樂(lè)聲.

5 注意事項(xiàng)

1)為了保證注射器的氣密性,活塞和注射器乳頭與乳膠管連接處抹上凡士林,無(wú)線話筒固定在活塞上時(shí),也要用玻璃膠粘好不露氣.

2)為了讓“賀年卡”懸浮起來(lái),活塞拉動(dòng)時(shí)保持注射器在豎直方向上進(jìn)行操作.

3)為使注射器內(nèi)的真空度高一些,用活塞盡可能排出注射內(nèi)的空氣,乳膠管也不宜過(guò)長(zhǎng)。

作者簡(jiǎn)介：王朝魯(1993-),男,吉林松原人,長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械電子工程系2012級(jí)本科生.

物理實(shí)驗(yàn) 2015,02(35),23-24