书城童书物理知识知道点:走进声音世界
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第21章 自制示波器观察声波

科学家在研究各种波的时候,常常使用一种叫示波器的仪器。通过示波器,人们可以在光屏上看到声波、电波以及其他各种波的图形。

让我们造个土“示波器”,用它来观察声波。

找一只空铁皮罐头盒,去掉盖和底,用一小截铁烟囱也行。再找一个破气球,把气球皮剪开,盖到铁筒的一头,用小线或皮筋把气球皮绷紧扎牢。再找一小块镜片(约3~9平方厘米),没有镜片找一小块玻璃也可以。把小镜片粘在绷紧了的气球膜上,使小镜子的位置在铁筒口的一侧(不要在正中心)。这就是一个土“示波器”。

在有阳光的情况下,你拿着土“示波器”站到窗口,让阳光斜射在那块小镜子上,看!小镜片反射出的阳光在墙上映出了一块光斑。那就是土“示波器”的光屏。当你对着土“示波器”的筒口高声喊叫的时候,光屏上出现了波影!

显然,这是由于你喊出来的声波使土“示波器”的膜发生振动的结果。为了进一步研究波的性质,你不妨找一根绳子再做个实验。

把一根绳子的一头固定在墙上,用手拿着另一头,把绳子拉成水平。好,你的手上下振动吧,看!绳子上出现了一个凸起又凹下的状态,并且向前传播开来。这个一会凸起一会凹下的状态,就是一种波。

向平静的水面投上一块石头,就能激起一圈圈的水波,水波涟漪向外传播。水面上漂浮的树叶随着水波的到来忽上忽下,却不会漂走。如果你在抖绳子时,在绳子上穿上一个小纸片,你会发现,那纸片虽然跟着波上下振动,却不会随波游动,移到墙头。这说明,机械波传播的是振动和振动的能量,而不是物质本身。

振动在它周围物体中的传播就叫波。

那么,空气中的声波是怎样传播的呢?我们不妨找一根软些的弹簧再做个实验。

把弹簧的一端固定在墙上,用一只手提起另一端,轻轻一推,看!弹簧圈一疏一密地向墙壁运动了。

仔细看一看弹簧上的波动,你就会发现,它和绳子上的波动大不相同:弹簧上的每个点(我们叫它质点)振动的方向和波的传播方向是相同的;绳子上的每个点振动的方向却和波的传播方向相垂直。我们把质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波,质点的振动方向与波的传播方向相垂直的波叫横波。

我们再仔细分析一下土“示波器”的实验:声波从铁筒的口传进去,由筒里的空气传到皮膜,引起皮膜振动,皮膜振动的方向和波的传播方向是一致的,因此,空气中的声波是纵波。

在抖绳子的实验中,你会看到两个相邻的凸起之间有一个凹下去的部分,那凸起的部分叫波峰,那凹下去的部分叫波谷。两个相邻波峰中点之间(或两个相邻波谷中点之间)的距离,就叫一个波长。你会发现,如果你抖动得均匀,那波长是一定的。

纵波的波长是指两个相邻密部中心之间(或者两个相邻疏部中心之间)的距离。

波传播的速度叫波速,波速(v)、波长(λ)和频率(f)的关系是:

波速=频率×波长,即v=fλ。