妙趣橫生的揚(yáng)聲器和留聲機(jī)的制作

◆楊杰 黎秋婷

電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律是高中物理重點(diǎn)掌握的內(nèi)容，揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)正是這一內(nèi)容的具體應(yīng)用。通過(guò)上網(wǎng)查找資料，已經(jīng)有人制作簡(jiǎn)易的揚(yáng)聲器，雖然材料易找，但制作的是動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，具體方法比較復(fù)雜。如何用更少的材料，更簡(jiǎn)單的制作方法，制作可以演示這個(gè)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)儀器呢？本文利用動(dòng)磁式揚(yáng)聲器，即線圈固定，由強(qiáng)磁鐵帶動(dòng)紙杯振動(dòng)的揚(yáng)聲器。實(shí)物如圖1所示。

1 動(dòng)磁式揚(yáng)聲器的制作

實(shí)驗(yàn)材料包括強(qiáng)磁鐵1粒（直徑8 mm，厚2 mm），細(xì)銅絲線圈，紙杯，亞克力板1塊（長(zhǎng)17 cm，寬9 cm），音頻線1根，熱熔膠，502膠水。

圖1

圖2

具體制作方法如下：用502膠水將強(qiáng)磁鐵粘到紙杯上，將玩具線圈的兩端焊接到耳機(jī)插頭上，如圖2所示。將紙杯套到廢棄玩具中，讓線圈靠近紙杯，然后用502膠水粘牢，將玩具支架固定在一小塊亞克力板上，完成實(shí)驗(yàn)制作。

本實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)多種物理現(xiàn)象，適合學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手探究與操作。

放音 將實(shí)驗(yàn)裝置的耳機(jī)插頭直接插到電腦或者手機(jī)的音樂(lè)輸出接口，播放器的音量調(diào)到最大，即可聽(tīng)到音樂(lè)。若聲音太小，借助功率放大器將聲音信號(hào)放大，效果會(huì)更明顯。

錄音 將耳機(jī)插頭接入電腦的麥克風(fēng)接口，打電腦的錄音程序（開(kāi)始→程序→附件→娛樂(lè)→錄音機(jī)），然后對(duì)著紙杯說(shuō)話，或者將開(kāi)著鈴聲的手機(jī)放到紙杯里，即可以進(jìn)行錄音。

本實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)放音和錄音的演示，可以講解能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，包括電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的具體過(guò)程。進(jìn)行放音演示時(shí)，從計(jì)算機(jī)輸出的音樂(lè)是一種電流，而且是變化的。電流經(jīng)過(guò)線圈時(shí)，由電磁感應(yīng)現(xiàn)象可知，在線圈周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，與強(qiáng)磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，就會(huì)引強(qiáng)磁鐵的振動(dòng)。由于它與紙杯粘在一起，紙杯就跟著一直振動(dòng)，紙杯還將這種振動(dòng)放大，于是聲音就產(chǎn)生了。

進(jìn)行錄音演示時(shí)，聲音的振動(dòng)引起紙杯的振動(dòng)，帶動(dòng)強(qiáng)磁鐵的振動(dòng)。由楞次定律可知，為了阻礙磁鐵振動(dòng)，線圈就會(huì)產(chǎn)生變化的電流，電流變化的頻率與聲音的頻率一樣。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的錄音軟件（開(kāi)始→程序→附件→娛樂(lè)→錄音機(jī)），就可以把聲音錄制下來(lái)了。

簡(jiǎn)易揚(yáng)聲器的實(shí)驗(yàn)制作，從“瓶瓶罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”的思想出發(fā)，用生活中的容易找到的材料，制作簡(jiǎn)易的動(dòng)磁式揚(yáng)聲器，將揚(yáng)聲器復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的表現(xiàn)出來(lái)，能夠引發(fā)學(xué)生的興趣和思考。從實(shí)用性上看，取材容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，性能穩(wěn)定，適于探究式教學(xué)。

2 黑板揚(yáng)聲器的實(shí)驗(yàn)

教室的黑板也能夠用作揚(yáng)聲器[1]。如圖3所示，黑板上固定一個(gè)直徑為6厘米的強(qiáng)力稀土磁鐵，一捆30米左右的電線卷曲為10厘米左右的線圈綁好。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：將線圈連接到擴(kuò)音機(jī)的輸出端，把線圈靠近放在黑板上的磁鐵，有音樂(lè)聲音傳出來(lái)。把電線拿開(kāi)以后，音樂(lè)的聲音停止了。再把電線放到黑板上的磁鐵旁邊，音樂(lè)的聲音又響起來(lái)。原來(lái)，旁邊有一架錄音機(jī)，音樂(lè)聲音是由耳機(jī)插座轉(zhuǎn)換成電流振幅，但不是由耳機(jī)輸出，而是連接到擴(kuò)大機(jī)上。擴(kuò)大機(jī)把訊號(hào)放大，轉(zhuǎn)化成震動(dòng)的電流，傳到這捆電線上。當(dāng)電線靠近磁鐵，磁鐵因?yàn)殡娏鞯淖兓斐珊诎宓恼饎?dòng)，震動(dòng)的黑板發(fā)出音樂(lè)的聲音。

圖3

也可以把黑板當(dāng)成麥克風(fēng)來(lái)使用，把電線靠近強(qiáng)力稀土磁鐵，大聲對(duì)黑板說(shuō)話，然后按下放音鍵，錄音機(jī)揚(yáng)聲器傳出說(shuō)話的聲音。當(dāng)人對(duì)著黑板講話，黑板跟隨人的聲音而震動(dòng)，磁鐵也發(fā)生震動(dòng)。電線靠近磁鐵，磁鐵的震動(dòng)使電線產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流發(fā)出電訊號(hào)，傳輸?shù)戒浺魴C(jī)里面，被記錄下來(lái)。由于從震動(dòng)的黑板上錄音下來(lái)，聲音確實(shí)不夠清楚，但是把黑板當(dāng)成麥克風(fēng)來(lái)使用，確實(shí)是一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)。

3 趣味留聲機(jī)的制作

最早發(fā)明的留聲機(jī)錄音裝置是聲波記振儀[2]，1877年8月15日，愛(ài)迪生制成世界上第一臺(tái)滾筒式留聲機(jī)：一個(gè)邊上刻有螺旋槽紋的金屬圓筒被安在一根長(zhǎng)軸上，長(zhǎng)軸的一頭裝著曲柄，搖動(dòng)曲柄，圓筒就會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。還有兩根金屬小管，管的一頭裝有一塊中心有鈍頭針尖的膜板。為證明這臺(tái)機(jī)器能說(shuō)話，愛(ài)迪生取出一張錫箔，卷在刻有螺旋槽紋的金屬圓筒上，讓針的一頭輕擦著錫箔轉(zhuǎn)動(dòng)，另一頭和受話機(jī)連接。愛(ài)迪生搖動(dòng)曲柄，對(duì)著受話機(jī)唱起了“瑪麗有只小羊羔，雪球兒似一身毛……”唱完后，把針又放回原處，輕悠悠地再搖動(dòng)曲柄。機(jī)器不緊不慢、一圈又一圈地轉(zhuǎn)動(dòng)著，唱起跟剛才愛(ài)迪生唱的一模一樣的歌。會(huì)說(shuō)話的機(jī)器轟動(dòng)全世界，外界輿論將其譽(yù)為“科學(xué)界的拿破侖”，是19世紀(jì)最讓人振奮的三大發(fā)明之一。即將開(kāi)幕的巴黎世界博覽會(huì)把留聲機(jī)作為最新的展品陳列，當(dāng)時(shí)美國(guó)總統(tǒng)海斯也在留聲機(jī)旁站兩個(gè)多小時(shí)。

如今，我們可以用簡(jiǎn)單的器材，模擬愛(ài)迪生當(dāng)年發(fā)明的留聲機(jī)。如圖4所示，由圖畫(huà)紙剪下一個(gè)30～40厘米大小的正方形，把這個(gè)正方形卷成圓錐形。以正方形一角為圓錐形頂點(diǎn)，把兩邊卷起，重疊處粘上膠水。把貼起來(lái)的地方，用回紋針別好，然后把這個(gè)圓錐放在桌上，內(nèi)側(cè)用重物壓著，放置一夜，這樣才能完全干燥。用唱針穿過(guò)圓錐形的尖端，唱針的角度，也要如圖般稍微傾斜。唱針針頭須涂少量漿糊或蠟，以便固定。把圓錐形拿在手上，把傾斜的唱針對(duì)著唱片的溝紋放好，打開(kāi)電源，唱片就開(kāi)始歌唱了。這個(gè)自制的唱機(jī)，當(dāng)然無(wú)法比擬現(xiàn)代音響的清脆而立體的音響效果。

圖4

[1]李耀俊.開(kāi)展趣味電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué),2010(8):21-25.

[2]留聲機(jī)：人類(lèi)記錄聲音的歷史[EB/OL].http://tech.sina.com.cn/d/2007-11-23/14171870702.shtml.