史博

(陆军炮兵防空兵学院物理教研室 安徽 合肥 230031)

孟昊

(陆军炮兵防空兵学院学员9队 安徽 合肥 230031)

温佳起 张辉 祁俊力 陈骁

(陆军炮兵防空兵学院物理教研室 安徽 合肥 230031)

1 前言

本文中所涉及的声管，即图1(a)中所示的塑料波纹软管，可有不同的粗细、长度和波纹长度，波纹长度即图1(b)声管模型中所示长度d．

(a)微声气泵和声管

图1 声管实验器材

以不同的转速转动声管时，会产生不同频率的声音．声管在转动的过程中，根据伯努利方程，其两端会产生压强差，引起空气在声管中的流动形成驻波，这就是声管发声的原因．

物理学中的驻波部分内容，一般会介绍两端固定弦和一端固定一端自由的弦的驻波条件，通过弦线上的驻波进行演示，但几乎没有此类声管实验的相关设计．本文设计了可定量研究的声管实验，结合理论分析，研究了声管的发声特性．研究结果有助于对驻波的理解和相关内容的实验设计，同时从听觉角度产生冲击，也可作为教学演示．

2 理论基础

驻波是振幅、频率、振动方向、传播速度均相同的两列相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而形成的一种特殊的干涉现象．

设有两列简谐波，分别沿x轴正方向和负方向传播，其表达式为

(1)

(2)

其中，A表示波的振幅，ν和λ分别表示波的频率和波长．

形成的驻波方程为

(3)

经分析可得相邻波节或相邻波腹的间距为[1，2]

对于两端固定的弦，要形成驻波，弦的两端必须为波节，弦长l必须为波长的整……