一種新型音叉共振演示儀的制作方法
【專利摘要】一種新型音叉共振演示儀，屬于物理教學(xué)用實(shí)驗(yàn)儀器，包括透明投影箱、透明支架、透明隔音罩、音叉、內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒、音頻發(fā)生器軟件及智能手機(jī)等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，智能手機(jī)上的音頻發(fā)生器軟件能產(chǎn)生一定頻率的電信號(hào)，并輸送到內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱并使之發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，音叉在聲音的作用下作受迫振動(dòng)。當(dāng)聲音的頻率等于音叉的固有頻率時(shí)，音叉發(fā)生共振并在水面產(chǎn)生劇烈的水花，其水花投影通過(guò)可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒及平面鏡在半透明塑料屏幕上顯現(xiàn)出來(lái)，從而直觀明顯地表現(xiàn)了音叉共振現(xiàn)象且能持續(xù)共鳴，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)儀器的科學(xué)性、教學(xué)性及趣味性。
【專利說(shuō)明】
一種新型音叉共振演示儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種新型音叉共振演示儀，涉及一種結(jié)合透明投影箱演示音叉共振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)儀器，屬于物理教學(xué)用實(shí)驗(yàn)儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]在物理教學(xué)中，教師一般用兩個(gè)音叉來(lái)演示共振實(shí)驗(yàn)，即共鳴實(shí)驗(yàn)。音叉是呈“Y”形的鋼質(zhì)或鋁合金發(fā)聲器，各種音叉可因其質(zhì)量和叉臂長(zhǎng)短、粗細(xì)不同而在振動(dòng)時(shí)發(fā)出不同頻率的純音。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取兩個(gè)固有頻率相同的音叉a和b并讓其共鳴箱口對(duì)口放置，敲擊音叉a使它發(fā)聲，過(guò)一會(huì)兒用手按住音叉a使其停止發(fā)聲，此時(shí)可以聽(tīng)到?jīng)]有被敲擊的音叉b也發(fā)出了聲音，再用細(xì)線吊一個(gè)乒乓球，靠近音叉b上端，會(huì)發(fā)現(xiàn)乒乓球被彈開(kāi)，說(shuō)明音叉b在音叉a所發(fā)聲音的作用下發(fā)生了共振。該常規(guī)實(shí)驗(yàn)方案存在許多不足:(I)由于音叉a所發(fā)聲音的響度不夠，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯；(2)用彈開(kāi)的乒乓球演示音叉的振動(dòng)不夠直觀；(3)由于音叉振動(dòng)損耗明顯，導(dǎo)致音叉振動(dòng)時(shí)間短，不能持續(xù)共鳴。為了解決上述不足，讓音叉共振實(shí)驗(yàn)更加明顯、直觀且能持續(xù)共鳴，本人設(shè)計(jì)了一種結(jié)合透明投影箱演示音叉共振現(xiàn)象的新型實(shí)驗(yàn)儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種新型音叉共振演示儀，包括透明投影箱、透明支架、透明隔音罩、音叉、內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒、音頻發(fā)生器軟件及智能手機(jī)等，其特征是:透明投影箱具體包括透明投影箱本體、透明水槽、清水、平面鏡、半透明塑料屏幕、把手孔、水槽卡口、水花及水花投影等，其中透明水槽通過(guò)水槽卡口固定在透明投影箱本體上方，透明水槽中盛有1.5厘米深的清水，平面鏡斜放在透明投影箱本體中并與底部成45度角，半透明塑料屏幕粘貼在透明投影箱本體正面內(nèi)壁，透明投影箱本體兩側(cè)面各有一個(gè)略大于手掌的橢圓形把手孔;透明支架具體包括透明支架本體、插叉股用圓孔、倒水用橢圓孔、音叉卡口、音箱卡口和隔音罩卡口等，透明支架放在透明水槽上；音叉具體包括共鳴箱、叉股和調(diào)頻件，音叉倒立后叉股插入插叉股用圓孔，共鳴箱被音叉卡口卡住，音叉叉股剛好接觸水槽中的水面且與水面的夾角小于90度，調(diào)節(jié)調(diào)頻件的位置可以改變音叉的固有頻率；內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱具體包括音箱本體、內(nèi)置擴(kuò)音器、開(kāi)關(guān)、音量調(diào)節(jié)旋鈕及音箱接線等，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱正對(duì)音叉的共鳴箱，其音箱接線通過(guò)插音箱接線用小圓孔與裝有音頻發(fā)生器軟件的智能手機(jī)連接;透明隔音罩具體包括透明隔音罩本體、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒卡口、插音箱接線用小圓孔及手機(jī)卡口，通過(guò)隔音罩卡口卡在透明支架上方，能將內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱罩在其中，從而避免聲音太吵;可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒具體包括強(qiáng)光手電筒本體、開(kāi)關(guān)、高亮度LED燈、凸透鏡、調(diào)焦旋鈕等，可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒卡在透明隔音罩上方，發(fā)出的光線能照到音叉叉股與水面接觸的附近區(qū)域。
[0004]本發(fā)明的原理具體說(shuō)明如下:實(shí)驗(yàn)時(shí)，智能手機(jī)上的音頻發(fā)生器軟件能產(chǎn)生一定頻率的電信號(hào)并輸送到內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，音叉的共鳴箱和叉股從而在聲音的作用下作受迫振動(dòng)。當(dāng)聲音的頻率等于音叉的固有頻率時(shí)滿足共振條件，此時(shí)音叉叉股振動(dòng)最明顯。同時(shí)，剛好碰觸水面的音叉叉股振動(dòng)后能在水面產(chǎn)生劇烈的水花，在可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒所發(fā)光線照射下的水花通過(guò)平面鏡反射投影到半透明塑料屏幕上并顯示出來(lái)。可見(jiàn)，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱發(fā)出的聲音能使音叉發(fā)生共振并產(chǎn)生劇烈的水花，其水花投影通過(guò)可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒及平面鏡在半透明塑料屏幕上顯現(xiàn)出來(lái)，從而直觀明顯地表現(xiàn)了音叉共振現(xiàn)象且能持續(xù)共鳴。
[0005]以選用固有頻率為440Hz的音叉為例，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)要求固定好各器件后，通過(guò)倒水用橢圓孔向透明水槽中倒入適量清水直到水面剛好接觸音叉叉股，打開(kāi)可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒的開(kāi)關(guān)并調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕使光照在音叉叉股與水面接觸的附近區(qū)域，再讓智能手機(jī)上的音頻發(fā)生器軟件發(fā)出一定頻率的電信號(hào)使內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱發(fā)出聲音，通過(guò)音量調(diào)節(jié)旋鈕盡量調(diào)高音量后保持不變，通過(guò)音頻發(fā)生器軟件調(diào)節(jié)電信號(hào)的頻率從400Hz增大到500Hz，當(dāng)輸入頻率比較接近440Hz時(shí)，音叉才有比較明顯的振動(dòng)并在水面產(chǎn)生水花。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)頻件改變音叉的固有頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，可以發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)聲音頻率等于音叉的固有頻率時(shí)，音叉發(fā)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的水花最為劇烈，在半透明塑料屏幕上看到的水花投影也最明顯。
[0006]另外，該實(shí)驗(yàn)儀器不僅可以探究音箱聲音的頻率對(duì)音叉振動(dòng)的影響，還可以探究音箱聲音的音量對(duì)音叉振動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以保持輸入電信號(hào)的頻率不變，通過(guò)音箱的音量調(diào)節(jié)旋鈕改變內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱所發(fā)聲音的音量，可以發(fā)現(xiàn)聲音音量越高，音叉振動(dòng)越明顯，在半透明塑料屏幕上看到的投影效果也越明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明整體的正視圖；
[0008]圖2是圖1中的左視圖；
[0009]圖3是圖1中各組成部分拆分后的正視圖；
[0010]圖4是圖1中透明投影箱部分的簡(jiǎn)易立體圖；
[0011]圖5是圖1中音叉部分的放大圖；
[0012]圖6是圖1中音箱部分的放大圖；
[0013]圖7是圖1中可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒部分的放大圖；
[0014]圖8是本發(fā)明共振部分的原理圖；
[0015]圖9是本發(fā)明投影部分的原理圖。
[0016]圖中:1.透明投影箱，具體涉及Ia.透明投影箱本體、Ib.透明水槽、Ic.清水、Id.平面鏡、Ie.半透明塑料屏幕、If.把手孔、Ig.水槽卡口、Ih.水花及I1.水花投影;2.透明支架，具體涉及2a.透明支架本體、2b.插叉股用圓孔、2c.倒水用橢圓孔、2d.音叉卡口、2e.音箱卡口及2f.隔音罩卡口；3.透明隔音罩，具體涉及3a.透明隔音罩本體、3b.可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒卡口、3c.插音箱接線用小圓孔及3d.手機(jī)卡口；4.音叉，具體涉及4a.共鳴箱、4b.叉股及4c.調(diào)頻件;5.內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱，具體涉及5a.音箱本體、5b.內(nèi)置擴(kuò)音器、5c.開(kāi)關(guān)、5d.音量調(diào)節(jié)旋鈕及5e.音箱接線;6.可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒，具體涉及6a.強(qiáng)光手電筒本體、6b.開(kāi)關(guān)、6c.高亮度LED燈、6d.凸透鏡及6e.調(diào)焦旋鈕等;7.音頻發(fā)生器軟件;8.智能手機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]結(jié)合圖1、圖2和圖3，一種新型音叉共振演示儀，包括透明投影箱(I)、透明支架
(2)、透明隔音罩(3)、音叉(4)、內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)、音頻發(fā)生器軟件(7)及智能手機(jī)(8)等。
[0019]再結(jié)合圖4，透明投影箱(I)具體包括透明投影箱本體(Ia)、透明水槽(Ib)、清水(lc)、平面鏡(ld)、半透明塑料屏幕(le)、把手孔(lf)、水槽卡口(lg)、水花(Ih)及水花投影
(Ii)等，其中透明水槽(Ib)通過(guò)水槽卡口(Ig)固定在透明投影箱本體(Ia)上方，透明水槽(Ib)中盛有1.5厘米深的清水(Ic)，平面鏡(Id)斜放在透明投影箱本體(Ia)中并與底部成45度角，半透明塑料屏幕(Ie)粘貼在透明投影箱本體(Ia)正面內(nèi)壁，透明投影箱本體(Ia)兩側(cè)面各有一個(gè)略大于手掌的橢圓形把手孔(If)。
[0020]透明支架(2)具體包括透明支架本體(2a)、插叉股用圓孔(2b)、倒水用橢圓孔(2c)、音叉卡口(2d)、音箱卡口(2e)和隔音罩卡口(2f)等，透明支架(2)放在透明水槽(Ib)上。
[0021]再結(jié)合圖5，音叉(4)具體包括共鳴箱(4a)、叉股(4b)和調(diào)頻件(4c)，音叉(4)倒立后叉股(4b)插入插叉股用圓孔(2b)，共鳴箱(4a)被音叉卡口(2d)卡住，音叉叉股(4b)剛好接觸水槽中的水面且與水面的夾角小于90度，調(diào)節(jié)調(diào)頻件(4c)的位置可以改變音叉的固有頻率。
[0022]再結(jié)合圖6，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)具體包括音箱本體(5a)、內(nèi)置擴(kuò)音器(5b)、開(kāi)關(guān)(5c)、音量調(diào)節(jié)旋鈕(5d)及音箱接線(5e)等，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)正對(duì)音叉的共鳴箱(4a)，其音箱接線(5e)通過(guò)插音箱接線用小圓孔(3c)與裝有音頻發(fā)生器軟件(7)的智能手機(jī)(8)連接。
[0023]透明隔音罩(3)具體包括透明隔音罩本體(3a)、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒卡口(3b)、插音箱接線用小圓孔(3c)及手機(jī)卡口(3d)，通過(guò)隔音罩卡口(2f)卡在透明支架(2)上方，能將內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)罩在其中，從而避免聲音太吵。
[0024]再結(jié)合圖7，可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)具體包括強(qiáng)光手電筒本體(6a)、開(kāi)關(guān)(6b)、高亮度LED燈(6c)、凸透鏡(6d)、調(diào)焦旋鈕(6e)等，可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)卡在透明隔音罩(3)上方，發(fā)出的光線能照到音叉叉股(4b)與水面接觸的附近區(qū)域。
[0025]結(jié)合圖1、圖8和圖9，本發(fā)明的原理具體說(shuō)明如下:實(shí)驗(yàn)時(shí)，智能手機(jī)(8)上的音頻發(fā)生器軟件(7)能產(chǎn)生一定頻率的電信號(hào)并輸送到內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，音叉的共鳴箱(4a)和叉股(4b)從而在聲音的作用下作受迫振動(dòng)。當(dāng)聲音的頻率等于音叉(4)的固有頻率時(shí)滿足共振條件，此時(shí)音叉叉股(4b)振動(dòng)最明顯。同時(shí)，剛好碰觸水面的音叉叉股(4b)振動(dòng)后能在水面產(chǎn)生劇烈的水花(Ih)，在可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)所發(fā)光線照射下的水花(Ih)通過(guò)平面鏡(Id)反射投影到半透明塑料屏幕(Ie)上并顯示出來(lái)?？梢?jiàn)，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)發(fā)出的聲音能使音叉(4)發(fā)生共振并產(chǎn)生劇烈的水花(Ih)，其水花投影(Ii)通過(guò)可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)及平面鏡(Id)在半透明塑料屏幕(Ie)上顯現(xiàn)出來(lái)，從而直觀明顯地表現(xiàn)了音叉共振現(xiàn)象且能持續(xù)共鳴。
[0026]結(jié)合圖1和圖2，以選用固有頻率為440Hz的音叉(4)為例，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)要求固定好各器件后，通過(guò)倒水用橢圓孔(2c)向透明水槽(Ib)中倒入適量清水(Ic)直到水面剛好接觸音叉叉股(4b)，打開(kāi)可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)的開(kāi)關(guān)(6b)并調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕(6e)使光照在音叉叉股(4b)與水面接觸的附近區(qū)域，再讓智能手機(jī)(8)上的音頻發(fā)生器軟件(7)發(fā)出一定頻率的電信號(hào)使內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)發(fā)出聲音，通過(guò)音量調(diào)節(jié)旋鈕(5d)盡量調(diào)高音量后保持不變，通過(guò)音頻發(fā)生器軟件(7)調(diào)節(jié)電信號(hào)的頻率從400Hz增大到500Hz，當(dāng)輸入頻率比較接近440Hz時(shí)，音叉(4)才有比較明顯的振動(dòng)并在水面產(chǎn)生水花。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)頻件(4c)改變音叉的固有頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，可以發(fā)現(xiàn):只有當(dāng)聲音頻率等于音叉的固有頻率時(shí)，音叉發(fā)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的水花(Ih)最為劇烈，在半透明塑料屏幕(Ie)上看到的水花投影(Ii)也最明顯。
[0027]結(jié)合圖1和圖6，該實(shí)驗(yàn)儀器不僅可以探究音箱聲音的頻率對(duì)音叉(4)振動(dòng)的影響，還可以探究音箱聲音的音量對(duì)音叉(4)振動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以保持輸入電信號(hào)的頻率不變，通過(guò)音箱的音量調(diào)節(jié)旋鈕(5d)改變內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)所發(fā)聲音的音量，可以發(fā)現(xiàn)聲音音量越高，音叉(4)振動(dòng)越明顯，在半透明塑料屏幕(Ie)上看到的投影效果也越明顯。
[0028]總之，該新型音叉共振演示儀作為一種物理實(shí)驗(yàn)儀器，可以持續(xù)直觀地演示音叉的共振現(xiàn)象，與常規(guī)音叉共振實(shí)驗(yàn)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，用音箱作為驅(qū)動(dòng)聲源共振現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)合透明投影箱共振時(shí)產(chǎn)生的水花四濺、水波清晰明顯，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)儀器的科學(xué)性、教學(xué)性及趣味性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型音叉共振演示儀，包括透明投影箱(I)、透明支架(2)、透明隔音罩(3)、音叉(4)、內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)、音頻發(fā)生器軟件(7)及智能手機(jī)(8)等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明投影箱(I)，其特征是:透明投影箱(I)具體包括透明投影箱本體(la)、透明水槽(lb)、清水(lc)、平面鏡(ld)、半透明塑料屏幕(le)、把手孔(lf)、水槽卡口( Ig)、水花(Ih)及水花投影(Ii)等，其中透明水槽(Ib)通過(guò)水槽卡口(Ig)固定在透明投影箱本體(Ia)上方，透明水槽(Ib)中盛有1.5厘米深的清水(Ic)，平面鏡(Id)斜放在透明投影箱本體(Ia)中并與底部成45度角，半透明塑料屏幕(Ie)粘貼在透明投影箱本體(Ia)正面內(nèi)壁，透明投影箱本體(Ia)兩側(cè)面各有一個(gè)略大于手掌的橢圓形把手孔(If)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明支架(2)，其特征是:透明支架(2)具體包括透明支架本體(2a)、插叉股用圓孔(2b)、倒水用橢圓孔(2c)、音叉卡口(2d)、音箱卡口(2e)和隔音罩卡口(2f)等，透明支架(2)放在透明水槽(Ib)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音叉(4)，其特征是:音叉(4)具體包括共鳴箱(4a)、叉股(4b)和調(diào)頻件(4c)，音叉(4)倒立后叉股(4b)插入插叉股用圓孔(2b)，共鳴箱(4a)被音叉卡口(2d)卡住，音叉叉股(4b)剛好接觸水槽中的水面且與水面的夾角小于90度，調(diào)節(jié)調(diào)頻件(4c)的位置可以改變音叉的固有頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)，其特征是:內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)具體包括音箱本體(5a)、內(nèi)置擴(kuò)音器(5b)、開(kāi)關(guān)(5c)、音量調(diào)節(jié)旋鈕(5d)及音箱接線(5e)等，內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)正對(duì)音叉的共鳴箱(4a)，其音箱接線(5e)通過(guò)插音箱接線用小圓孔(3c)與裝有音頻發(fā)生器軟件(7)的智能手機(jī)(8)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明隔音罩(3)，其特征是:透明隔音罩(3)具體包括透明隔音罩本體(3a)、可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒卡口(3b)、插音箱接線用小圓孔(3c)及手機(jī)卡口(3d)，通過(guò)隔音罩卡口(2f)卡在透明支架(2)上方，能將內(nèi)置擴(kuò)音器式音箱(5)罩在其中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)，其特征是:可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)具體包括強(qiáng)光手電筒本體(6a)、開(kāi)關(guān)(6b)、高亮度LED燈(6c)、凸透鏡(6d)、調(diào)焦旋鈕(6e)等，可調(diào)焦強(qiáng)光手電筒(6)卡在透明隔音罩(3)上方，發(fā)出的光線能照到音叉叉股(4b)與水面接觸的附近區(qū)域。
【文檔編號(hào)】G09B23/14GK105894915SQ201610368743
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳顯盈, 徐海曉, 尤愛(ài)惠
【申請(qǐng)人】陳顯盈