力学类设计实验讲义(14)

音叉振动类设计实验

基础实验内容

应用电磁感应测量音叉的共振频率。利用电磁铁激发音叉，使其振动起来，观察其驻波，测量音叉共振频率。

图 电磁感应测量音叉固有频率

要求：

1）理解音叉共振产生的条件； 2）掌握驻波的形成与特征；

3）观察由于音叉振动所引起的弦上驻波；

4）利用驻波法测量音叉固有频率，并与其标准值进行比较。

拓展设计内容

1．音叉固有频率的研究

音叉是一种振动频率已知的声学器件，有许多方法可以测量音叉的共振频率。其基音很强，泛音很弱，所以其共振频率是音叉性质和其共振环境性质的最佳体现。当改变音叉性质，如在音叉双臂的不同位置增加不同质量等，或音叉处在不同的共振环境下，对其共振频率均有改变。让我们对音叉的共振频率好好开始研究吧。 推荐研究方向：

1）设计其它方法进行音叉固有频率的测量； 提示：如使用压电效应（如压电陶瓷片）、电磁感应（如铁磁线圈）激发音叉振动，使用驻波法或声电转换法（如话筒）进行音叉固有频率的测量；选用硅光电池、激光器等组成实验装置测量音叉的固有频率。

2）音叉浸没在各类不同液体中时，其共振频率的变化研究； 3）音叉在同一液体不同液位高度时，其共振频率的变化研究；

4）改变音叉双臂质量对其共振频率关系的研究（此法可以延伸进行物体质量的测量）。 实验前思考：

1）除电磁感应外，引起音叉共振的方法有哪些？

2）什么是压电效应？什么是压电陶瓷片？它有哪些应用？如何用压电陶瓷片测量音叉的固有频率？

3）使用声电转换法（如话筒）如何进行音叉共振频率的测量，是否还有其他方法可将音叉振动的声信号转化为电信号？

4）什么是光电效应？什么是内光电效应？什么是光电池？硅光电池有哪些特性？激光有哪些特点？如何选用硅光电池、激光器等组成实验装置测量音叉的共振频率？ 5）音叉在液态介质中共振频率的改变可有哪些应用？ 6）音叉质量的改变对其共振频率将有怎样的改变？