声音只能听得到,摸不到也看不到,如何看见声音呢?以下介绍叁种有趣的操作。
如图一的装置,利用雷射笔放出的光被反射在墙壁上,然后在纸筒后面发出声音,就可以看到雷射笔反射的光点开始振动,光点的振动图形随着声音的变化而变化(如图二),相当多样性而有趣! 制作过程 1.取一纸筒(例如洋芋片的纸筒),将前后二端割掉,成为中空的纸筒。 2.将塑胶袋由袋口到底部切开,成为一片的塑胶纸片,以橡皮筋或胶带套在纸筒开口前部。注意:必须儘量张开平整的套紧,避免塑胶袋鬆鬆的。 3.取一小片镜子(建议请玻璃店师傅切割),长宽尺寸不要超过一公分。然后以薄的双面胶黏在已经套上塑胶袋的纸筒开口中央(请参考图一)。 4.取一薄木板(厚纸板亦可),长宽建议为20x30公分(或20x40公分,配合纸筒大小)。将製作好的纸筒以橡皮筋套在木板的末端,再将雷射笔固定在纸筒的前端略微偏右侧(偏左侧亦可)。 5.调整上述步骤中雷射笔的高度与方向,以使雷射笔的光可以打到纸筒上的镜子。高度可使用保丽龙(比较轻)垫高来调整,最后以胶带固定雷射笔。 製作完成之后,在纸筒的另一侧发出声音,观察雷射笔的光点是不是会跟着振动呢?操作时建议不要以嘴巴发出声音,而是用敲打(例如敲打纸盒)或是以乐器发出声音。因为嘴巴发出声音,会因为吹气而製造空气气流,进而推动塑胶袋的振动,如此会造成是吹气的气流影响振动,而非单纯声音的空气振动造成光点的振动。 ※注意事项: 如果使用于教学,请注意避免直视雷射笔的光,以免眼睛受到伤害!而且建议雷射笔购买低功率的即可,高功率的雷射笔更具有伤害性。而纸筒的大小,使用越大的纸筒,效果(振动幅度)会越明显。 让学生製作完成以及观察之后,可以指导学生探讨以下问题(每个问题提问后,儘量让学生自行操作与观察,再归纳出结果): 1.镜子的大小是否会影响光点的振动? 答:会!镜子越大,质量也越大,在相同的能量(声音大小声)的情形,越不容易振动,会造成光点的振动情形不明显,因此镜子不能太大。有些设计是以铝箔纸取代镜子,虽然更为简便,但是铝箔纸的反射效果不佳。 2.声音的大小声(响度)、高低音(音调)不同时,对于光点的振动情形,分别有何影响? 答:响度是声音的「振幅」不同,越大声振幅就越大。而音调是声音的「频率」不同,音越高振动频率就越大。因此声音越大声会让光点的振动幅度越大,而声音越高让光点的振动越快。为了要明显看到光点的振动,建议製造大声一点的声音,比较有趣。另一方面,製造不同的高低音,让学生观察是否能察觉振动频率是否有差别? 3.光点的振动幅度,除了大小声之外,还有其它因素吗? 答:有!雷射笔与镜子的距离,还有与墙壁的距离都有关係。距离越远,增加反射的距离,就有放大光点的振动幅度的效果。但是注意如果距离太远,光点的亮度会降低喔! ※延伸的科学游戏(一) 器材:塑胶管、保丽龙球、一元硬币、大吸管 操作过程与现象 1.取一塑胶管(可在水族馆购买,长约一公尺、直径约3公分),建议可锯成二根使用(长度至少40公分以上)。 2.在塑胶管的一边以胶带将一元硬币黏贴封紧(如图叁)。然后将小保丽龙球(直径约0.2公分以下)倒入塑胶管中。最后将塑胶管的另一边,以一小片沙网套住,再以橡皮筋绑紧(如图四)。 3.操作方法为:双手握住绑了沙网的一边,对着塑胶管发出声音(如图)。 ★注意:双手与嘴巴必须密封,以使声音可以完全进入塑胶管中。 发出声音后,塑胶管中的小保丽龙球就会随着声音开始振动(如图六),成为一片一片的波浪状,甚至还会前后移动喔!
除了使用塑胶管,可以使用透明的大吸管来製作(如图七)。大吸管的一端以西卡纸剪一小圆封住(用胶带黏),另一端(嘴巴)以卫生纸包住即可(避免发出声音时吸到保丽龙球)。虽然大吸管的效果,比口径较大的塑胶管略差一些,但已经可明显的看到保丽龙球的有趣振动。 原理: 声音是空气的一种疏密波(纵波),在管子中振动时,会产生驻波(standing wave),并使得保丽龙球形成固定的波形,在波腹与波节之间振动。如下图,音波管的管子一端为封闭,图中管子长度是声音波长的n/4倍(A~D的n分别为1、3、5、7…)。由于我们发出的声音的波长,未必固定不变;加上嘴巴吹出气流的扰动,使得保丽龙球的波形会有前后移动的现象。
注意事项: 保丽龙球的数量会影响效果的明显程度,太多或太少都不适合。建议倒入直立的塑胶管时,保丽龙球累积的高度,达到管子约叁分之一高度即可。装好保丽龙球之后,再摇动管子让保丽龙球平均分散在管子中。另一方面,以嘴巴发出声音时,避免吐出太多气,因为塑胶管管壁会因水气凝结而起雾,保丽龙球也会被沾湿。 进行教学时,可以指导学生探讨以下问题与现象: 1.发出不同高低的声音时,保丽龙球的振动情形有何差异? 2.製作不同长度的塑胶管,保丽龙球的振动情形有何差异? 3.讨论保丽龙球振动的明显程度(振动大小),与声音的大小声有关,还是与声音的高低有关? ※延伸的科学游戏(二) 第叁种让声音看得见的操作,更为简便,如下图。
首先在小纸杯的侧边以美工刀画十字形,往内压并张开,当为声音输入的开口,并在纸杯底部的上面放一小段毛根(如下图左,摺成圆弧状)。然后只要对着开口发出声音(如下图右),就可以看到毛根快速的旋转起来喔! 毛根的旋转方向,与毛根上的细毛方向有关,而由于声音产生空气振动,进而使纸杯的振动传达到毛根,转而让毛根运动了(相似塬理请点阅:「动力橡皮筋」)。另一方面,纸杯不能用大的纸杯,或是太硬的纸杯,因为纸质比较厚就不容易传导振动,毛根的运动情形就不明显了。 |
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