波的干涉實驗及振源設計

對學生來說，雖然在日常生活中時常能遇到一些的波的干涉現象，但由于波的干涉過程并不容易觀察和理解，上課前學生們幾乎沒有關于波的干涉現象的預備知識，通常需要教師在課堂上利用演示實驗，讓學生在課堂上觀察到波的干涉現象，產生相應的感性認識。

然而，波的干涉實驗是一種較為難做的實驗，再加上許多學校中波的干涉實驗的器材性能較差，因此實驗效果并不理想。

筆者在多年的教學實踐中，改進了實驗儀器，總結出了幾種關于波的干涉現象的實驗方案，取得了較好的效果。現介紹給大家。

1 干涉實驗中振源的改進

1.1 用示振音叉作振源

在波的干涉實驗中可以用示振音叉做振源進行實驗。示振音叉是一種振動頻率很低，振幅很大的音叉，它的主要作用是用來演示機械振動的。此種音叉一般學校中少有，但可以自制。找一塊長約80cm，寬約3cm，厚約3mm的彈簧鋼板，先把中間鉆一個孔，然后從中間彎曲成一個U字形音叉，兩根叉腿之間的間距約5cm，再在中間孔上用螺釘裝一手柄，即制成了一個示振音叉。

用示振音叉作振源演示波的干涉時，先在音叉的一個叉腿上裝一個雙叉形觸針，把音叉振動起來后，用這個觸針觸及水槽中的水面，即可激起兩列水波，形成干涉。

用示振音叉作振源演示波的干涉，方法簡單，使用方便，容易攜帶，效果較好。但也存在一些缺點需要克服，一是振動時間稍短，二是觸針觸及水面時高度不易掌握。

1.2 用氣流作為發波水槽的振源

許多學校都有演示波的干涉現象的發波水槽，它是在水槽上面安裝一個雙叉形的觸針，利用機械振動方法，讓觸針打擊水面產生兩列水波，從而形成干涉現象的。用發波水槽演示水波干涉現象有幾個顯著缺點：一是整個裝置振動過大，會產生許多雜波、二是觸針打擊水面時容易濺起小水珠，水珠落入水槽內時也形成雜波、三是用毛玻璃作觀察屏產生的圖像不清晰，因此，往往很難取得好的實驗效果。

為克服發波水槽的上述缺點，筆者曾試用氣流代替機械觸針產生水波，效果較好。其方法是，找兩個一次性輸液針頭，將兩針頭相距約20mm的距離并列固定起來，把兩輸液針頭另一端的兩根管子并在一起，接到一根軟橡膠管上，再與一個小型氣源或皮老虎的吹氣相連，開動氣源或按動皮老虎，兩個針孔就能吹出氣來。

把這兩個并列的針頭置于發波水槽一端的一水面上，調整好高度和氣流大小，就可以在水面上吹起兩列水波，形成水波的干涉。這種方法克服了發波水槽的振動和濺落水珠的兩個缺點，實驗效果大大提高。

1.3 在投影儀上做演示實驗

用前述方法改進發波水槽實驗，雖然能克服發波水槽機械振動和濺落水珠的缺點，但仍有通過毛玻璃觀察屏觀察效果不佳的缺點，要徹底克服發波水槽的缺點，可以利用投影儀做波的干涉實驗。

其方法是，將一個深約5cm的淺水槽置于投影儀上，調好投影儀的焦距，把水槽的圖像清晰地投影到屏幕上。然后再用前述方法制成的針頭置于水槽一端，讓氣流在水槽中吹出兩列水波，這樣，形成的干涉紋樣就可以清晰地投影到屏幕上，便于學生觀察。由于取消了觸針擊打水面的振動裝置，使這種投影方法變得可行。

1.4 課外在浴盆中做干涉實驗

這是一種引導學生自己動手做實驗的方法。現在，住在城市的家庭中，大多都有洗澡用的浴盆，利用浴盆，也能做干涉實驗。

在浴盆的上方點一只較亮的燈泡，往浴盆中灌入半盆清水（水要深一些，在20cm以上，這樣效果更好），伸出一只手，將食指和中指伸開，讓兩指尖相距約5cm，其余三指握起來。把伸開的兩只手指置于浴盆一端的水面上，兩指同時輕輕敲擊水面，就可激起兩列水波，這兩列水波在水面上形成干涉。透過水面，觀察水底，可看到在盆底形成了一簇明暗相間的干涉條紋。

做這實驗的關鍵是調整好擊打水面的頻率和擊打深度，頻率一般約為5Hz，深度以剛觸及水面為宜。

若家中沒有浴盆，也可以用一個較大的洗衣盆、洗臉盆等。為便于觀察，最好在盆底涂一層白色油漆，或者在盆底放一張白色平整的紙或塑料薄膜，效果也不錯。

2 用音叉做聲波的干涉實驗

將音叉敲擊振動后，兩根叉腿作為兩個振源，激起兩列頻率相同的聲波，也能形成干涉，若轉動音叉，就能聽到振動聲音的強弱變化，顯示出聲波干涉的效果。用這種方法演示聲波干涉時，其音量過小，效果并不佳。為克服此缺點，絕大多數教師都會用擴音器對聲音進行放大。即使如此，有時也很難達到理想的實驗效果。

筆者在用這種方法做實驗時，并非直接用擴音器上的話筒對著音叉進行擴音，而是用一個微型話筒，把它用不干膠帶粘到音叉共鳴箱的底部，然后用軟導線把話筒與擴音器相連。

實驗時，把音叉置于共鳴箱前部，轉動音叉，引起共鳴箱振動，話筒撿拾到共鳴箱的振動后，生成電訊號，送入擴音器放大。這種方法比直接用擴音器效果明顯，即便是音叉的振動已經很微弱了，也能通過擴音器放出聲音來，持續的時間也較長。

筆者介紹的幾種關于波的干涉現象的實驗方案，各有優劣，在此只是起到拋磚引玉的作用，供廣大同仁參考磋商，以利共同提高。

(欄目編輯 王柏廬)