波的干涉实验及振源设计.docx

波的干预实验及振源设计对学生来说，虽然在日常生活中时常能遇到一些的波的干预现象，但由于波的干预过程并不容易观察和理解，上课前学生们几乎没有关于波的干预现象的预备知识，通常需要教师在课堂上利用演示实验，让学生在课堂上观察到波的干预现象，产生相应的感性认识。然而，波的干预实验是一种较为难做的实验，再加上许多学校中波的干预实验的器材性能较差，因此实验效果并不理想。笔者在多年的教学实践中，改良了实验仪器，总结出了几种关于波的干预现象的实验方案，取得了较好的效果。现介绍给大家。1干预实验中振源的改良1. 1用示振音叉作振源在波的干预实验中可以用示振音叉做振源进行实验。示振音叉是一种振动频率很低，振幅很大的音叉，它的主要作用是用来演示机械振动的。此种音叉一般学校中少有，但可以自制。找一块长约80cm,宽约3cm,厚约3mm的弹簧钢板,先把中间钻一个孔，然后从中间弯曲成一个U字形音叉，两根叉腿之间的间距约5cm,再在中间孔上用螺钉装一手柄，即制成了一个示振音叉。用示振音叉作振源演示波的干预时，先在音叉的一个叉腿上装一个双叉形触针，把音叉振动起来后，用这个触针触及水槽中的水面，即可激起两列水波，形成干预。用示音叉作振源演示波的干预，方法简单，使用方便，容易携带，效果较好。但也存在一些缺点需要克服，一是振动时间稍短，二是触针触及水面时高度不易掌握。1.2 用气流作为发波水槽的振源许多学校都有演示波的干预现象的发波水槽，它是在水槽上面安装一个双叉形的触针，利用机械振动方法，让触针打击水面产生两列水波，从而形成干预现象的。用发波水槽演示水波干预现象有几个显著缺点：一是整个装置振动过大，会产生许多杂波、二是触针打击水面时容易溅起小水珠，水珠落入水槽内时也形成杂波、三是用毛玻璃作观察屏产生的图像不清晰，因此，往往很难取得好的实验效果。为克服发波水槽的上述缺点，笔者曾试用气流代替机械触针产生水波，效果较好。其方法是，找两个一次性输液针头，将两针头相距约20mm的距离并列固定起来，把两输液针头另一端的两根管子并在一起，接到一根软橡胶管上，再与一个小型气源或皮老虎的吹气相连，开动气源或按动皮老虎，两个针孔就能吹出气来。把这两个并列的针头置于发波水槽一端的一水面上，调整好高度和气流大小，就可以在水面上吹起两列水波，形成水波的干预。这种方法克服了发波水槽的振动和溅落水珠的两个缺点，实验效果大大提高。1.3 在投影仪上做演示实验用前述方法改良发波水槽实验，虽然能克服发波水槽机械振动和溅落水珠的缺点，但仍有通过毛玻璃观察屏观察效果不佳的缺点，要彻底克服发波水槽的缺点，可以利用投影仪做波的干预实验。其方法是，将一个深约5cm的浅水槽置于投影仪上，调好投影仪的焦距，把水槽的图像清晰地投影到屏幕上。然后再用前述方法制成的针头置于水槽一端，让气流在水槽中吹出两列水波，这样，形成的干预纹样就可以清晰地投影到屏幕上，便于学生观察。由于取消了触针击打水面的振动装置，使这种投影方法变得可行。1.4 课外在浴盆中做干预实验这是一种引导学生自己动手做实验的方法。现在，住在城市的家庭中，大多都有洗澡用的浴盆，利用浴盆，也能做干预实验。在浴盆的上方点一只较亮的灯泡，往浴盆中灌入半盆清水（水要深一些,在20CrT1以上,这样效果更好），伸出一只手，将食指和中指伸开，让两指尖相距约5cm,其余三指握起来。把伸开的两只手指置于浴盆一端的水面上，两指同时轻轻敲击水面，就可激起两列水波，这两列水波在水面上形成干预。透过水面，观察水底，可看到在盆底形成了一簇明暗相间的干预条纹。做这实验的关键是调整好击打水面的频率和击打深度，频率一般约为5Hz,深度以刚触及水面为宜。假设家中没有浴盆，也可以用一个较大的洗衣盆、洗脸盆等。为便于观察，最好在盆底涂一层白色油漆，或者在盆底放一张白色平整的纸或塑料薄膜，效果也不错。2用音叉做声波的干预实验将音叉敲击振动后，两根叉腿作为两个振源，激起两列频率相同的声波，也能形成干预，假设转动音叉，就能听到振动声音的强弱变化，显示出声波干预的效果。用这种方法演示声波干预时，其音量过小，效果并不佳。为克服此缺点，绝大多数教师都会用扩音器对声音进行放大。即使如此，有时也很难到达理想的实验效果。笔者在用这种方法做实验时，并非直接用扩音器上的话筒对着音叉进行扩音，而是用一个微型话筒，把它用不干胶带粘到音叉共鸣箱的底部，然后用软导线把话筒与扩音器相连。实验时，把音叉置于共鸣箱前部，转动音叉，引起共鸣箱振动，话筒捡拾到共鸣箱的振动后，生成电讯号，送入扩音器放大。这种方法比直接用扩音器效果明显，即便是音叉的振动已经很微弱了，也能通过扩音器放出声音来，持续的时间也较长。笔者介绍的几种关于波的干预现象的实验方案，各有优劣，在此只是起到抛砖引玉的作用，供广阔同仁参考磋商，以利共同提高。