國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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聲音看得見

聲音只能聽得到,怎樣"看見"聲音呢?

器材:紙筒、塑膠袋、雷射筆、橡皮筋膠帶保麗龍紙板
操作步驟與現象

(本實驗參考自「科學玩具柑仔店」)

  聲音只能聽得到,摸不到也看不到,如何看見聲音呢?以下介紹三種有趣的操作

  如圖一的裝置,利用雷射筆放出的光被反射在牆壁上,然後在紙筒後面發出聲音,就可以看到雷射筆反射的光點開始振動,光點的振動圖形隨著聲音的變化而變化(如圖二),相當多樣性而有趣!

實驗影片觀賞 (11.6M,請打開喇叭)

製作過程

1.取一紙筒(例如洋芋片的紙筒),將前後二端割掉,成為中空的紙筒。

2.將塑膠袋由袋口到底部切開,成為一片的塑膠紙片,以橡皮筋或膠帶套在紙筒開口前部。注意:必須儘量張開平整的套緊,避免塑膠袋鬆鬆的

3.取一小片鏡子(建議請玻璃店師傅切割),長寬尺寸不要超過一公分。然後以薄的雙面膠黏在已經套上塑膠袋的紙筒開口中央(請參考圖一)。

4.取一薄木板(厚紙板亦可),長寬建議為20x30公分(或20x40公分,配合紙筒大小)。將製作好的紙筒以橡皮筋套在木板的末端,再將雷射筆固定在紙筒的前端略微偏右側(偏左側亦可)。

5.調整上述步驟中雷射筆的高度與方向,以使雷射筆的光可以打到紙筒上的鏡子。高度可使用保麗龍(比較輕)墊高來調整,最後以膠帶固定雷射筆。

  製作完成之後,在紙筒的另一側發出聲音,觀察雷射筆的光點是不是會跟著振動呢?操作時建議不要以嘴巴發出聲音,而是用敲打(例如敲打紙盒)或是以樂器發出聲音。因為嘴巴發出聲音,會因為吹氣而製造空氣氣流,進而推動塑膠袋的振動,如此會造成是吹氣的氣流影響振動,而非單純聲音的空氣振動造成光點的振動。

叮嚀的話

1.如果使用於教學,建議雷射筆購買低功率的即可,高功率的雷射筆更具有傷害性。而紙筒的大小,使用越大的紙筒,效果(振動幅度)會越明顯。

2.讓學生製作完成以及觀察之後,可以指導學生探討以下問題(每個問題提問後,儘量讓學生自行操作與觀察,再歸納出結果):

(1)鏡子的大小是否會影響光點的振動?參考解答:會!鏡子越大,質量也越大,在相同的能量(聲音大小聲)的情形,越不容易振動,會造成光點的振動情形不明顯,因此鏡子不能太大。有些設計是以鋁箔紙取代鏡子,雖然更為簡便,但是鋁箔紙的反射效果不佳。

(2)聲音的大小聲(響度)、高低音(音調)不同時,對於光點的振動情形,分別有何影響?參考解答:響度是聲音的「振幅」不同,越大聲振幅就越大。而音調是聲音的「頻率」不同,音越高振動頻率就越大。因此聲音越大聲會讓光點的振動幅度越大,而聲音越高讓光點的振動越快。為了要明顯看到光點的振動,建議製造大聲一點的聲音,比較有趣。另一方面,製造不同的高低音,讓學生觀察是否能察覺振動頻率是否有差別?

(3)光點的振動幅度,除了大小聲之外,還有其它因素嗎?參考解答:有!雷射筆與鏡子的距離,還有與牆壁的距離都有關係。距離越遠,增加反射的距離,就有放大光點的振動幅度的效果。但是注意如果距離太遠,光點的亮度會降低喔!

參考資料

1. 科學玩具柑仔店:http://kingdarling.blogspot.tw/2013/02/blog-post_3661.html

2. 洪孙嬅、張晉、朱珺瑛、溫子儀(2007)。聲音會跳舞。中華民國第47屆中小學科學展覽會國小組自然科。http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/47/elementary/081515.pdf