磁懸外置式真空不能傳聲實驗裝置

王朝魯

(長春工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

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磁懸外置式真空不能傳聲實驗裝置

王朝魯

(長春工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

摘要：利用密閉注射器得到近似真空的環(huán)境，設(shè)計了簡易真空不能傳聲實驗裝置. 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[1]中真空不能傳聲實驗是利用相同的2個音叉相距適當距離并將共鳴箱口相對放置，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，從而說明空氣能夠傳播聲音. 從教學(xué)實踐來看，實驗原理超出了初中生的認知水平(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[2]，而且對真空不能傳聲的實質(zhì)，缺乏直觀性的實證. 而文獻[3]關(guān)于聲音傳播需要介質(zhì)，真空不能傳聲的實驗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，來說明聲音的傳播需要介質(zhì). 但采用較老的這套實驗裝置，不但麻煩、儀器多，而且由于封閉不好或不少中學(xué)不具備抽氣機等原因?qū)嶒炇呛茈y保證成功的[4]；而且該實驗裝置在原理上存在著嚴重的讓學(xué)生產(chǎn)生歧義的問題：當用玻璃罩罩上響鈴時，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)計了簡易的真空不能傳聲實驗裝置[5-6].

2實驗裝置

1.注射器； 2.活塞； 3.柱狀徽型無線話筒； 4.音樂集成塊和小揚聲器; 5.磁鐵; 6.橡膠管; 7.止水夾;8.話筒發(fā)射天線圖1　真空不能傳聲的實驗裝置

實驗裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示. 圖中：注射器是大號塑料注射器；無線話筒用哥倆好膠水粘在活塞上，可與活塞一起運動；從音樂賀年片上取下的音樂集成塊和附帶的小揚聲器等，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，用來控制注射通氣.

3實驗原理

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時，擴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. 真空度可達到40～0.1 mmHg(1 mmHg≈1.32 Pa)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，從而保證實驗的效果.

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

4實驗方法

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

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

3) 將遠處學(xué)生中間的收音機的電源開關(guān)打開、音量旋到最大、波段開關(guān)置于調(diào)頻(FM)波段，緩慢旋動調(diào)諧旋鈕，當旋到某一位置時(一般在88~108 MHz之間)，會聽到“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，活塞向上移動，收音機發(fā)出的優(yōu)美音樂聲變小. 隨著活塞上移距離的增大，從收音機中幾乎聽不到“賀年卡”的音樂聲. 活塞向上移動，注射器內(nèi)幾乎形成真空狀態(tài),從而說明真空不能傳遞聲音.

5) 活塞位置不變時，打開止水夾，讓空氣進入注射器內(nèi)，又能重新聽見收音機中“賀年卡”美妙的音樂聲.

5注意事項

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,無線話筒固定在活塞上時，也要用玻璃膠粘好不露氣.

2) 為了讓“賀年卡”懸浮起來，活塞拉動時保持注射器在豎直方向上進行操作.

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，乳膠管也不宜過長.

參考文獻：

[1]人民教育出版社物理室. 九年義務(wù)教育三年制初級中學(xué)教科書·物理(第一冊)[M]. 北京：人民教育出版社，1993：25.

[2]曾亮杰，柳長庚. 真空不能傳聲實驗中的兩個問題[J]. 教學(xué)儀器與實驗，2004(9):30.

[3]課程教材研究所. 義務(wù)教育課程標準實驗教科書·物理八年級(上冊)[M]. 北京：人民教育出版社,2001:14.

[4]王枝. 聲音傳播演示器制作與使用[J]. 教學(xué)儀器與實驗，2004(11):34-35.

[5]殷瑞蓮. 探究聲音傳播的實驗設(shè)計[J]. 教學(xué)儀器與實驗，2003(4):27.

[6]王維佳. 可變真空度放電管[J]. 教學(xué)儀器與實驗：中學(xué)版，2001,7(3)：30.

[7]朱長明，鄧春蘭，黃廣華. 利用磁懸浮演示真空不傳聲[J]. 物理實驗，2013,33(2)：17-19.

[8]任國勝. “真空不傳聲”實驗改進[J]. 物理實驗，2010,30(5)：27.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Magnetic suspension demonstration device showing that sound cannot travel through vacuum

WANG Chao-lu

(School of Mechatronic, Chuangchun University of Technology, Changchun 130012, China)

Abstract:A simple vacuum device was designed using a sealed syringe to obtain an approximate vacuum environment. Basing on the principle that like magnets poles repel each other, the sound source was suspended, and the receiver was put outside. This design avoided the sound transmission through the container.

Key words:sound; vacuum; magnetic suspension

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4642(2015)02-0023-02

作者簡介：王朝魯(1993-)，男，吉林松原人，長春工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院機械電子工程系2012級本科生.

收稿日期：2014-11-22