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1、研究音叉雙臂振動方向姓名：劉潤成工作單位：陜西省西安市戶縣電廠中學(xué)郵政編碼：710302電子郵箱：rc2073@163.com通訊地址：陜西省西安市戶縣余下鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)西路162號戶縣電廠中學(xué)．關(guān)鍵詞：音叉雙臂振動方向、振動位移圖像、光的反射放大法．摘要：理論探究音叉雙臂振動方向，分析音叉質(zhì)心的加速度可知．實驗探究，方法一在音叉雙臂分別粘上2B鉛筆芯，音叉振動時讓兩支鉛筆芯同時在同一張紙上畫出振動時的圖像，分析圖像．方法二：在音叉雙臂內(nèi)側(cè)分別粘貼相同的小塊薄平面鏡，使兩塊平面鏡對稱且反射面平行．調(diào)節(jié)好
2、激光筆、音叉的位置，讓光線經(jīng)音叉雙臂內(nèi)側(cè)的兩塊平面鏡先后反射后，到光屏上形成亮點(diǎn)．在光路中放置幾塊平板玻璃，觀察音叉振動時使亮點(diǎn)在光屏和玻璃上移動形成的亮線線段長度是否相同．方法三：分析高速攝像拍攝下音叉振動情況．本文實驗中音叉指醫(yī)用c128音叉．音叉主要用于樂器調(diào)音、測試病人的聽力、物理聲現(xiàn)象教學(xué)等．音叉(tuningfork)是呈“Y”形的鋼質(zhì)或鋁合金發(fā)聲器，音叉的雙臂呈U形，用橡皮錘敲打音叉使其振動7，音叉振動發(fā)出聲音，再將音叉振動的的雙臂伸進(jìn)水里，水面將激起水花．用手指觸摸振動的音叉臂，
3、手指感覺到音叉臂在振動，由于手指觸摸會使音叉臂很快停止振動，這說明音叉發(fā)聲時雙臂在振動．如果音叉振動時將音叉底部的中心桿伸進(jìn)水里則不會激起水花，用手指觸摸中心桿也沒有振動的感覺．用橡皮錘敲打音叉雙臂使其振動，音叉雙臂振動發(fā)出聲音，音叉雙臂振動方向相同嗎？這是一個看似簡單卻又耐人尋味的問題．由于音叉振動頻率有幾百赫茲，每秒內(nèi)完成幾百次全振動，音叉受到敲擊后音叉振動振幅較小只有幾毫米所發(fā)出的音符非常的微弱，因此無法用肉眼直接觀察到音叉雙臂的振動方向．一、猜想音叉結(jié)構(gòu)具有對稱性，猜想音叉雙臂振動也可能
4、具有對稱性．猜想一：音叉雙臂振動方向相同．用橡皮錘敲打音叉使其振動，敲打的力使音叉雙臂同時開始向同一方向運(yùn)動．音叉的雙臂振動時振動方向時刻相同，即雙臂同步調(diào)同方向運(yùn)動，也就是雙臂頂部間距離不會改變，同步調(diào)擺動．猜想二：音叉雙臂振動方向相反．用橡皮錘敲打音叉使其振動，敲打的瞬間外力使音叉一個臂向另一個臂靠近因音叉的未被敲打的臂慣性，音叉雙臂間距縮小，音叉雙臂發(fā)生彈性形變形成的彈力使音叉的雙臂振動方向相反，即雙臂異步調(diào)異方向運(yùn)動，也就是雙臂頂部間距離周期性變化，一個周期內(nèi)雙臂頂部相互靠近與分離各有一
5、次．7二、理論探究分析猜想一．如果音叉振動時音叉的雙臂振動方向時刻相同，則音叉質(zhì)心會振動，則音叉的質(zhì)心的位置發(fā)生周期性的變化，而且變化周期與音叉振動周期相同，由于音叉的質(zhì)心發(fā)生周期性振動，那么質(zhì)心的加速度必然會周期性變化，可知音叉的周期性振動是受到周期性變化的合外力的作用．如果猜想一成立，那么當(dāng)手持中心桿敲響音叉時，音叉和手指間應(yīng)該會出現(xiàn)沿音叉振動方向上的周期性變化的側(cè)向力，手指對音叉的側(cè)向力會使音叉的質(zhì)心發(fā)生周期性振動．實際上除了敲打瞬間外，手指并沒有這樣的感覺，這說明猜想一是錯誤的．分析猜想
6、二．音叉的雙臂呈U形且對稱的，雙臂形狀和質(zhì)量相同，雙臂振動頻率相同．如果雙臂振動時振動方向時刻相反，雙臂的振動具有對稱性，則音叉的質(zhì)心位置保持不變并且保持靜止．由于對稱性音叉的每個臂受到的空氣阻力與另一個臂受到的空氣阻力方向相反，大小相等，音叉受到的合外力不變．如果給音叉的一個臂上粘上一塊質(zhì)量足夠大的金屬塊使雙臂不對稱，質(zhì)量不相等，音叉振動時雙臂振動的頻率仍然相同，因為音叉間的彈力是周期性變化的，音叉的振動周期與彈力的周期相等．音叉的質(zhì)心也將周期性振動，手持音叉的臂會感覺到振動，中心桿和手指間會
7、出現(xiàn)側(cè)向力，由于側(cè)向力的作用音叉振動很快衰減振動很快停止．音叉振動時的側(cè)向力即回復(fù)力由U型臂發(fā)生彎曲形變產(chǎn)生的彈力提供，U形臂發(fā)生彈性形變，雙臂邊緣受到的彈力方向相反，大小相等具有對稱性．所以使雙臂發(fā)生異步反向的振動．7理論上音叉振動時雙臂的振動方向相反．一個振動周期內(nèi)音叉雙臂互相靠近與分離各一次．三、實驗探究方法一：振動位移時間圖像法．給音叉的雙臂頂部粘上粗短且相同的2B鉛筆芯，用音叉的雙臂頂部粘的鉛筆芯在迅速移動的紙上可以記錄下音叉振動情況．于是筆者在自行車的后輪子粘貼上紙帶完成實驗驗證．將
8、自行車的車座和自行車的把手著地自行車輪子朝上倒放在地面上．將打點(diǎn)計時器所用的紙帶貼在自行車后輪上．將兩塊相同的薄鐵片對稱地分別粘到音叉雙臂末端，使薄鐵片所在平面與音叉振動方向所在直線平行，用薄鐵片來緩沖鉛筆芯跟車輪間的沖擊力．轉(zhuǎn)動腳踏板讓自行車后輪快速轉(zhuǎn)動，敲擊臂頂部粘鉛筆芯的音叉讓音叉振動，保持音叉振動方向與紙帶移動方向垂直，移動音叉讓音叉頂端的鉛筆芯慢慢靠近并接觸正在迅速轉(zhuǎn)動的自行車后輪上的紙帶，剛接觸后立即離開，鉛筆芯在自行車后輪外表面的白紙上會留下記錄了音叉振動情況的曲線條．為了防止鉛筆
