弦振動研究試驗(教材)(編輯修改稿)
2025-07-25 18:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，在交響樂隊和鍵盤樂器中得到廣泛使用。常見的樂器都是參照上述表格確定的值制造的，例如鋼琴，豎琴，吉它等。金屬弦線形成駐波后，產(chǎn)生一定的振幅，從而發(fā)出對應頻率的聲音。如果將驅(qū)動頻率設(shè)置為表1所定的值，由弦振動的理論可知，通過調(diào)節(jié)弦線的張力或長度，形成駐波，就能聽到與音階對應的頻率了（當然，這時候的環(huán)境噪音要小些）。這樣做的特點是能產(chǎn)生準確的音調(diào)，有助于我們對音階的判斷和理解。【實驗儀器】1. DH4618型弦振動研究實驗儀2. 雙蹤示波器實驗儀器由測試架和信號源組成，測試架的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖 2 1—調(diào)節(jié)螺桿 2—圓柱螺母 3—驅(qū)動傳感器 4—弦線 5—接收傳感器 6—支撐板 7—張力桿 8—砝碼 9—信號源 10—示波器【實驗內(nèi)容】一、實驗前準備 1. 選擇一條弦，將弦的帶有銅圓柱的一端固定在張力桿的U型槽中，把帶孔的一端套到調(diào)整螺桿上圓柱螺母上。2. 把兩塊劈尖（支撐板）放在弦下相距為L的兩點上（它們決定弦的長度），注意窄的一端朝標尺，彎腳朝外，如圖２；放置好驅(qū)動線圈和接收線圈，按圖２連接好導線。3. 掛上質(zhì)量可選砝碼到張力桿上，然后旋動調(diào)節(jié)螺桿，使張力桿水平（這樣才能從掛的物塊質(zhì)量精確地確定弦的張力），見圖３。因為杠桿的原理，通過在不同位置懸掛質(zhì)量已知的物塊，從而獲得成比例的、已知的張力，該比例是由杠桿的尺寸決定的。如圖3（a），掛質(zhì)量為“M”的重物在張力桿的掛鉤槽3處，弦的拉緊度等于3M；如圖3（b），掛質(zhì)量為“M”的重物在張力桿的掛鉤槽4處，弦緊度為4M，……。注意：由于張力不同，弦線的伸長也不同，故需重新調(diào)節(jié)張力桿的水平。（a）張力3M （b）張力4M圖 3 張力大小的示意二、實驗內(nèi)容1. 張力、線密度和弦長一定，改變驅(qū)動頻率，觀察駐波現(xiàn)象和駐波波形，測量共振頻率。1) 放置兩個劈尖至合適的間距，例如60cm，裝上一條弦。在張力杠桿上掛上一定質(zhì)量的砝碼（注意，總質(zhì)量還應加上掛鉤的質(zhì)量），旋動調(diào)節(jié)螺桿，使張力杠桿處于水平狀態(tài)，把驅(qū)動線圈放在離劈尖大約5~10cm處，把接收線圈放在弦的中心位置。提示：為了避免接收傳感器和驅(qū)動傳感器之間的電磁干擾，在實驗過程中要保證兩者之間的距離至少有10cm。2) 驅(qū)動信號的頻率調(diào)至最小，合適調(diào)節(jié)信號幅度，同時調(diào)節(jié)示波器的通道增益為10mV/格。3) 慢慢升高驅(qū)動信號的頻率，觀察示波器接收到的波形的改變。注意：頻率調(diào)節(jié)過程不能太快，因為弦線形成駐波需要一定的能量積累時間，太快則來不及形成駐波。如果不能觀察到波形，則調(diào)大信號源的輸出幅度；如果弦線的振幅太大，造成弦線敲擊傳感器，則應減小信號源輸出幅度；適當調(diào)節(jié)示波器的通道增益，以觀察到合適的波形大小。一般一個波腹時，信號源輸出為2～3V(峰峰值)，即可觀察到明顯的駐波波形，同時觀察弦線，應當有明顯的振幅。當弦的振動幅度最大時，示波器接收到的波形振幅最大，這時的頻率就是共振頻率。4) 記下這個共振頻率，以及線密度、弦長和張力，弦線的波腹波節(jié)的位置和個數(shù)等參數(shù)。如果弦線只有一個波腹，這時的共振頻率為最低，波節(jié)就是弦線的兩個固定端（兩個劈尖處）。5) 再增加輸出頻率，連續(xù)找出幾個共振頻率（3~5個）并記錄。注意，接收線圈如果位于波節(jié)處，則示波器上無法測量到波形，所以驅(qū)動線圈和接收線圈此時應適當移動位置，以觀察到最大的波形幅度。當駐波的頻率較高，弦線上形成幾個波腹、波節(jié)時，弦線的振幅會較小，眼睛不易觀察到。這時把接收線圈移向右邊劈尖，再逐步向左移動，同時觀察示波器（注意波形是如何變化的），找出并記下波腹和波節(jié)的個數(shù)，及每個波腹和波節(jié)的位置。2. 張力和線密度一定，改變弦長，測量
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