课外读物名师教学设计2

忻州市第一中学校

兴趣实验

验证胡克定律及声音的合成

山西省忻州市第一中学校

王国华

实验目的

1)

练习使用力传感器验证胡克定律

2)

用声音传感器探究2个声波的叠加

3)

培养用所学知识探究物理规律的能力

实验仪器：

计算机、数据采集器、数据线、支撑杆、位移传感器、力传感器、声音传感器、音叉

实验原理：

1、验证胡克定律

胡克定律（Hooke’s law），又译为虎克定律，是力学弹性理论中的一条基本定律，表述为：固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位变形量）之间呈线性关系。满足虎克定律的材料称为线弹性或胡克型（英文Hookean）材料。弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力和弹簧的伸长量成正比（F=kx）。

满足胡克定律的弹性体是一个重要的物理理论模型，它是对现实世界中复杂的非线性本构关系的线性简化，而实践又证明了它在一定程度上是有效的。然而现实中也存在大量不满足胡克定律的实例。胡克定律的重要意义不只在于它描述了弹性体形变与力的关系，更在于它开创了一种研究的重要方法：将现实世界中复杂的非线性现象作线性简化，这种方法的使用在理论物理学中是屡见不鲜的。

2、声音的合成

在声波中，频率决定音调，能量决定响度。音质（音色）则由声波所分解成的简谐波的种类即每一简谐波所占的比例来决定。具体表现为声音的特征，使人们可以分辨出不同乐器发出的相同音调的声音。

声音是一种振动，所以有时又叫做声波。声学中规定，在单位时间(单位时间指1秒钟）内，声波交替变换的次数就叫频率。它的度量单位是赫兹，简称为赫，符号是Hz (赫兹是为了纪念德国著名物理学家Heinrich Rodolf Herts 而命名的单位）。可见单位时间内声音交替变换的次数越多，对应的频率就高，把这种声音称为高频，单位时间内声音交替变换的次数越少，对应的频率就低，把这种声音称为低频。

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声波是一种机械波，在介质中同时存在几列机械波时，每列波能保持各自的传播规律而不互相干扰。在波的重叠区域里个点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和。

实验步骤：

验证胡克定律

1.搭建好实验装置；

2.打开实验系统软件Dis，选择教材通用软件，点击新建实验

进入试验平台；

3.点击校准力传感器；

1)

选择力传感器，点击校准；

2)

输入当前对应真实值0，点击校准，按提示依次点击确定、确定、退出；

4.点击得到“初始位移”记录下来备用，点击；

5.点击，输入变量名“S”，名称“伸长量”，单位“cm”，公式“初始位移-S1”（若初始位移为20，则输入公式：20—S1），点击“增加”；

6.坐标系的建立：点击

在其中选择模板

，点击，出现“图线编辑”对话框，在“x轴”下拉菜单中选择“伸长量”，“y轴”选择“力”，点击“增加”；

7.每加一个槽码点击一下，采集足够的数据点后点击；

8.观察分析实验结果。

声音的合成

1.将实验装置搭好，将声音传感器放在两个音叉中间；

2.打开实验系统软件Dis，选择教材通用软件，点击声音软件进入试验平台，设置合适的采集时间（5000ms）；

3.用小锤敲击两个音叉后，点击单通道开始采集数据；

4.采集结束后观察分析实验所得图像；

5.点击选区某个区域，点击FFT可以得到频谱图，两个峰值点即为音叉的频率；

6.实验结束后收拾整理实验器材。

忻州市第一中学校

实验结果：

忻州市第一中学校

实验结论：

1、通过图线粗略得出了胡克定律，不足之处在于应该多做几组数据，尽量减少实验过程中的不规范动作，使得实验结果跟定律内容符合得更好。

2、通过两音叉震动的叠加使学生更好的体会了两列声波的干涉，为以后学习波的干涉和共振打下了良好的基础。