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附件4:
2019年辽宁省普通高等学校本科
大学生物理实验竞赛
项目说明书
参赛学校 大连交通大学
参赛题目 吉他的发声原理
指导教师
辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛组委会制
2019年4月
参赛题目
吉他的发声原理
负责人姓名
性别
出生年月
专业
年级
(以下内容可加页,控制在3-5页)
一、设计原理与方法:
1、设计原理:
(一):利用弦上驻波原理,通过吉他弦的震动验证弦上驻波公式的成立
(二):通过弹奏Do到Si七个音阶,来探究各音阶频率与波长的不同与之间关系
(三):①:吉他弦材质: 镍
②:同一张力,同一根弦,弦长越短,频率越高,音调越高
③:同一张力,同一弦长,不同直径的弦,音色不同
④:关于七个音阶振动频率与周期的情况,请见实验(二)得出的结论
2、实验方法:
(一):通过控制变量法,验证公式lnλ=1
①:用同一根弦,控制张力T,改变驱动频率f至弦出现明显的振动,观察波腹数,并计算此时的波长。分别测量n=1,2,3,4时的共振频率,画出lnλ- lnf图像。
②:同理,用同一根弦,控制线密度ρ不变,并控制驱动频率f不变,改变张力T至弦线出现明显的震动,观察波腹数,并计算此时的波长。分别测量n=1,2,3,4时的共振频率,画出lnλ-lnT图像。(注:张力的计算方式 T=( △LEA) / L( A为弦的横截面积))
③:同理,保持张力T不变,在不同弦线密度的情况下,测量波腹数相同的共振频率f
做lnf-lnρ图像。
(二) 进行第二组实验时,将信号发生器关闭,通过弹奏吉他,使驱动线圈感应弦的振动,以此来观察示波器上的图样,进行定性和定量的分析。
分别弹奏七个音阶,过程中观察示波器上波形图的情况,可以拍下来每个音符的波形图,然后统一整理时通过对比,先判断出大致变化趋势以及规律,然后再进行多组实验,记录数据,进行准确的数据分析。
(三)将弦水平,按照简谱,选择合适的琴弦,调节不同的弦长进行弹奏
二、实验仪器与装置:
(一):仪器的改进:
民谣吉他,信号发生器,数字示波器,
驱动线圈,接收线圈,支架,
外径千分尺,游标卡尺,米尺。
三、数据测量与分析:
(一):①:验证ln f-lnλ张力T=240g
lnf/ Hz
4.69
5.68
6.78
7.35
lnλ/ cm
4.86
4.17
3.76
3.48
n
1
2
3
4
②:验证lnλ-lnT驱动频率f=90Hz
(T=( △LEA) / L △L为弦线伸长量,E为弹性模量,A为弦线的横截面积)
lnλ/ cm
4.86
4.17
3.76
3.48
lnT/g
4.49
5.19
5.59
5.88
n
1
2
3
4
③:验证lnf-ln ??张力T=200g
(??线=??镍A ??镍为镍的体积密度 A为弦线横截面积)
Lnf/Hz
6.76
6.12
5.37
4.98
Lnρ/mg/m
6.56
7.38
7.96
8.50
n
1
1
1
1
(三):歌曲展现
四、结论:
(一):说明原公式成立
(二):C调各音符频率对照表
音符
频率Hz
周期μs
低1Do
262
3816
低2Re
294
3401
低3Mi
330
3030
低4Fa
349
2865
低5So
392
2551
低6La
440
2272
低7Si
494
2024
通过多组实验后取平均值,可以得到如上的结论,由此表格可知,随着音阶的逐渐升高,频率逐渐增大,周期随之降低,可得到随着弦的振动频率加快,音调随之增加。
(三):本实验在实验过程中运用吉他,增加实验的趣味性,让爱好音乐的同学通过物理实验的方法科学的观测各音阶的不同,让音乐与科学融合,更加便于学习和观察。让科学走近生活,让物理实验不再是课堂上严谨繁琐的步骤,而转化为生活中每个微微小的细节。
五、制作成本(明细):
民谣吉他
250元
琴弦
53元
其他费用
197元
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