磁悬外置式真空不能传声实验装置

王朝鲁

(长春工业大学 机电工程学院，吉林 长春 130012)



磁悬外置式真空不能传声实验装置

王朝鲁

(长春工业大学 机电工程学院，吉林 长春 130012)

摘要：利用密闭注射器得到近似真空的环境，设计了简易真空不能传声实验装置. 该装置利用同极磁铁相互排斥原理，使发声体悬浮，并将接收声音的装置放在发声系统外部，避免了容器本身传递声音.

关键词：声音；真空；磁悬浮

1引言

在初中教材[1]中真空不能传声实验是利用相同的2个音叉相距适当距离并将共鸣箱口相对放置，用橡胶锤敲击右边音叉，与左边音叉相接触的悬吊着的泡沫塑料球弹起，从而说明空气能够传播声音. 从教学实践来看，实验原理超出了初中生的认知水平(涉及到共鸣、声音以能量的形式传播等)，现象不明显还不易成功[2]，而且对真空不能传声的实质，缺乏直观性的实证. 而文献[3]关于声音传播需要介质，真空不能传声的实验是继承了以往高中使用的玻璃罩内放响铃，逐渐抽出其中的空气，能观察到声音响度变小的现象，来说明声音的传播需要介质. 但采用较老的这套实验装置，不但麻烦、仪器多，而且由于封闭不好或不少中学不具备抽气机等原因实验是很难保证成功的[4]；而且该实验装置在原理上存在着严重的让学生产生歧义的问题：当用玻璃罩罩上响铃时，音量就变得很小了. 为了避免这一不足，利用具有很好的密闭性的注射器得到近似真空的环境，设计了简易的真空不能传声实验装置[5-6].

2实验装置

1.注射器； 2.活塞； 3.柱状徽型无线话筒； 4.音乐集成块和小扬声器; 5.磁铁; 6.橡胶管; 7.止水夹;8.话筒发射天线图1　真空不能传声的实验装置

实验装置结构如图1所示. 图中：注射器是大号塑料注射器；无线话筒用哥俩好胶水粘在活塞上，可与活塞一起运动；从音乐贺年片上取下的音乐集成块和附带的小扬声器等，并用胶布粘成一整体(以下称“贺年卡” )；2块同极磁铁(将其中1块磁铁用胶水粘在注射器底部)；橡胶管套在注射器乳头上；止水夹夹在橡胶管上，用来控制注射通气.

3实验原理

1) 将注射器前端的出液孔封闭后，把注射器的活塞向外拉动时，扩大剩余在注射器中的少量空气的体积的方法得到近似真空的环境. 真空度可达到40～0.1 mmHg(1 mmHg≈1.32 Pa)范围内.

2) 利用同名磁极相互排斥，将发声音的“贺年卡”悬在空中，杜绝了从固体向外传递出声音，从而保证实验的效果.

3) 贺年卡作为发声体，使无线话筒(如JONDG ET-881A)发射一定频率的音频信号，收音机(tecsun R-202T)作为接收器，当接收频率与发射频率相同时，发生电谐振，使收音机接收到无线话筒发出的音频信号.

4实验方法

1) 让“贺年卡”(与磁铁粘成一体)发出音乐声，轻轻放入注射器内，再安装好活塞.

2) 打开止水夹，让空气进入注射器内，向外拉动活塞，使发声音的“贺年卡”在磁力作用下悬浮起来，由于发声的“贺年卡”在注射器内部，远处的学生听不到声音.

3) 将远处学生中间的收音机的电源开关打开、音量旋到最大、波段开关置于调频(FM)波段，缓慢旋动调谐旋钮，当旋到某一位置时(一般在88~108 MHz之间)，会听到“贺年卡”发出的优美声音，表明空气可以传声.

4) 将注射器的活塞尽可能下压，排出注射器内的空气，用止水夹夹住橡胶管，使注射器形成密闭系统. 此时，活塞向上移动，收音机发出的优美音乐声变小. 随着活塞上移距离的增大，从收音机中几乎听不到“贺年卡”的音乐声. 活塞向上移动，注射器内几乎形成真空状态,从而说明真空不能传递声音.

5) 活塞位置不变时，打开止水夹，让空气进入注射器内，又能重新听见收音机中“贺年卡”美妙的音乐声.

5注意事项

1) 为了保证注射器的气密性,活塞和注射器乳头与乳胶管连接处抹上凡士林,无线话筒固定在活塞上时，也要用玻璃胶粘好不露气.

2) 为了让“贺年卡”悬浮起来，活塞拉动时保持注射器在竖直方向上进行操作.

3) 为使注射器内的真空度高一些，用活塞尽可能排出注射内的空气，乳胶管也不宜过长.

参考文献：

[1]人民教育出版社物理室. 九年义务教育三年制初级中学教科书·物理(第一册)[M]. 北京：人民教育出版社，1993：25.

[2]曾亮杰，柳长庚. 真空不能传声实验中的两个问题[J]. 教学仪器与实验，2004(9):30.

[3]课程教材研究所. 义务教育课程标准实验教科书·物理八年级(上册)[M]. 北京：人民教育出版社,2001:14.

[4]王枝. 声音传播演示器制作与使用[J]. 教学仪器与实验，2004(11):34-35.

[5]殷瑞莲. 探究声音传播的实验设计[J]. 教学仪器与实验，2003(4):27.

[6]王维佳. 可变真空度放电管[J]. 教学仪器与实验：中学版，2001,7(3)：30.

[7]朱长明，邓春兰，黄广华. 利用磁悬浮演示真空不传声[J]. 物理实验，2013,33(2)：17-19.

[8]任国胜. “真空不传声”实验改进[J]. 物理实验，2010,30(5)：27.

[责任编辑：尹冬梅]

Magnetic suspension demonstration device showing that sound cannot travel through vacuum

WANG Chao-lu

(School of Mechatronic, Chuangchun University of Technology, Changchun 130012, China)

Abstract:A simple vacuum device was designed using a sealed syringe to obtain an approximate vacuum environment. Basing on the principle that like magnets poles repel each other, the sound source was suspended, and the receiver was put outside. This design avoided the sound transmission through the container.

Key words:sound; vacuum; magnetic suspension

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1005-4642(2015)02-0023-02

作者简介：王朝鲁(1993-)，男，吉林松原人，长春工业大学机电工程学院机械电子工程系2012级本科生.

收稿日期：2014-11-22