物理学 (2).pdf

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1、声声学学案案例例分分析析 Part 1 CUPT的的题题目目的的一一个个重重要要特特征征是是开开放放性性和和完完整整性性。开开放放性性突突破破传传统统的的“做做题题” 模模式式，对对学学生生把把握握题题意意、理理论论和和实实际际结结合合分分析析、实实验验对对理理论论的的验验证证分分析析等等 有有很很好好的的考考查查。完完整整性性对对学学生生系系统统地地、完完整整地地完完成成一一项项工工作作有有较较高高的的要要求求， 完完整整的的实实践践实实验验探探索索、理理论论建建模模与与分分析析、实实验验验验证证、工工作作的的陈陈述述和和展展示示、 讨讨论论与与辩辩论论等等全全部部环环节节。 声声学学是是物

2、物理理学学的的一一大大分分支支，也也是是CUPT的的 考考查查重重点点，基基本本上上每每年年都都有有12道道相相关关题题目目。 下下面面以以2017年年比比赛赛的的一一道道题题目目为为例例，给给大大 家家展展示示CUPT中中声声学学题题目目的的一一般般求求解解流流程程 和和方方法法，给给大大家家一一定定的的启启示示。 原原题题：No.4 Balloon airhorn： A simple airhorn can be constructed by stretching a balloon over the opening of a small container or cup with a t

3、ube through the other end. Blowing through a small hole in the side of the container can produce a sound. Investigate how relevant parameters affect the sound. 翻翻译译：一一个个简简单单的的汽汽笛笛可可以以这这样样制制造造：用用一一根根穿穿过过一一只只小小型型容容器器（或或杯杯子子）底底部部的的 管管子子（如如图图）拉拉伸伸位位于于容容器器（或或杯杯子子）开开口口处处的的气气膜膜。经经由由在在容容器器侧侧壁壁处处的的小小孔孔， 鼓鼓风风

4、可可以以产产生生一一个个声声音音。探探讨讨相相关关参参数数如如何何影影响响声声音音。 寻寻找找关关键键词词：气气膜膜汽汽笛笛、带带管管的的杯杯子子或或容容器器、从从侧侧孔孔吹吹气气、相相关关参参数数怎怎样样影影响响声声音音 初初步步尝尝试试得得出出实实验验现现象象。 2014_IYPT_Reference_kit.pdf 中中给给出出的的实实验验装装置置 随随手手制制作作的的简简易易装装置置 TIPS：实实在在没没思思路路可可以以在在Youtube上上查查找找其其他他人人的的实实验验 初初步步实实验验注注意意点点： 1.目目标标要要清清晰晰，就就是是原原样样重重复复题题目目的的要要求求，出出实

5、实验验现现象象； 2.初初步步实实验验不不用用过过于于追追求求精精确确，不不用用反反复复重重复复大大量量实实验验； 3.初初步步实实验验应应该该大大致致得得到到核核心心要要素素：有有哪哪些些可可调调的的影影响响因因素素？有有哪哪些些变变化化特特征征？ 对对初初步步实实验验进进行行分分析析 1.吹吹气气力力度度越越大大，频频率率越越低低，响响度度越越高高， 膜膜的的振振动动幅幅度度越越大大，形形态态也也有有变变化化； 2.长长管管的的长长度度变变化化的的时时候候频频率率并并没没有有明明显显 的的变变化化； 3.膜膜的的张张紧紧程程度度和和膜膜的的大大小小对对频频率率有有影影响响； 4.改改变变小

6、小容容器器的的大大小小和和尺尺寸寸，频频率率变变化化不不 明明显显； 5.吹吹气气力力度度很很大大的的时时候候，中中心心出出现现凹凹陷陷； 6.直直观观判判断断，发发声声频频率率与与长长管管和和小小容容器器关关 系系不不大大，与与膜膜的的张张紧紧程程度度和和大大小小有有影影响响。 如如何何调调节节和和稳稳定定吹吹气气力力度度？ 如如何何测测量量响响度度和和频频率率？ 如如何何测测量量膜膜的的振振动动幅幅度度？ 如如何何改改变变并并测测量量长长管管的的长长度度？ 如如何何改改变变并并测测量量膜膜的的张张紧紧程程度度？ 如如何何改改变变容容器器的的大大小小和和尺尺寸寸？ TIPS：根根据据初初步步

7、实实验验的的分分析析可可以以对对实实验验 进进行行改改进进，方方便便后后续续实实验验的的分分析析和和测测量量。 解解决决实实验验中中的的问问题题。 1. 如如何何调调节节和和稳稳定定吹吹气气力力度度？ 空空气气压压缩缩机机+气气体体流流量量计计+气气管管接接头头 用用于于稳稳定定吹吹气气用用于于控控制制气气体体流流速速用用于于方方便便插插接接和和切切换换尺尺寸寸 TIPS：实实验验中中应应该该考考虑虑实实验验装装置置组组装装的的方方便便性性，避避免免胶胶水水粘粘接接等等 解解决决实实验验中中的的问问题题。 2. 如如何何测测量量响响度度和和频频率率？ 测测音音话话筒筒+示示波波器器或或功功率率

8、计计 TIPS：数数字字示示波波器器更更有有利利于于数数据据的的采采集集；注注意意减减少少环环境境噪噪音音 用用于于宽宽带带稳稳定定采采样样用用于于分分析析声声音音的的强强度度和和频频率率 解解决决实实验验中中的的问问题题。 3. 如如何何测测量量膜膜的的振振动动幅幅度度和和形形状状？ 激激光光干干涉涉+高高速速相相机机 TIPS：可可以以探探索索其其他他的的测测量量膜膜形形态态和和幅幅度度的的方方法法，这这一一点点是是开开放放的的 用用于于产产生生干干涉涉条条纹纹，用用于于分分析析膜膜的的形形状状用用于于拍拍摄摄瞬瞬时时干干涉涉图图 解解决决实实验验中中的的问问题题。 4.如如何何改改变变并

9、并测测量量长长管管的的长长度度和和大大小小？ 薄薄壁壁金金属属管管+快快速速接接头头 TIPS：需需要要进进一一步步设设计计和和优优化化方方法法 刚刚性性好好，稳稳定定性性好好用用于于方方便便安安装装气气管管和和更更换换管管件件 解解决决实实验验中中的的问问题题。 5. 如如何何改改变变并并测测量量膜膜的的张张紧紧程程度度？ 用用金金属属环环来来固固定定圆圆膜膜，改改变变金金属属环环位位置置来来改改变变张张力力 TIPS：需需要要查查询询文文献献查查找找测测量量膜膜的的张张力力系系数数的的方方法法 乳乳胶胶膜膜提提供供振振动动用用于于固固定定膜膜改改变变环环向向下下套套的的位位置置来来改改变变

10、膜膜的的张张紧紧程程度度 解解决决实实验验中中的的问问题题。 6. 如如何何改改变变容容器器的的大大小小和和尺尺寸寸？ PVC管管及及其其配配件件 TIPS：需需要要良良好好的的DIY能能力力和和仔仔细细的的考考虑虑 方方便便改改变变长长度度和和大大小小形形成成柱柱形形腔腔形形成成空空腔腔并并卡卡住住圆圆膜膜 根根据据前前面面的的分分析析和和解解决决方方案案再再准准备备实实验验。 在在分分析析的的过过程程中中可可以以找找到到后后面面的的工工作作的的重重点点和和难难点点 参参数数的的测测量量存存在在难难点点： 1 1. . 膜膜的的形形态态和和幅幅度度的的测测量量需需要要进进一一步步查查询询资资

11、料料 2 2. . 膜膜的的张张力力系系数数的的测测量量方方法法需需要要进进一一步步寻寻找找 实实验验器器材材的的加加工工制制作作还还需需要要做做大大量量的的尝尝试试： 1 1. . 气气流流的的控控制制如如何何做做得得更更好好需需要要不不断断尝尝试试 2 2. . 管管件件的的加加工工和和安安装装如如何何实实现现更更高高的的精精度度需需要要不不断断尝尝试试 理理论论分分析析需需要要进进一一步步开开展展 TIPS：至至此此可可以以初初步步找找到到课课题题展展开开的的着着力力点点，下下面面的的工工作作就就可可以以分分开开完完成成，提提高高效效率率 务务必必首首先先审审题题，初初步步实实现现现现象象的的再再现现，不不必必过过分分做做预预备备实实验验； 根根据据定定性性实实验验的的过过程程和和现现象象分分析析：关关键键步步骤骤、重重点点和和难难点点、解解决决方方案案； 根根据据分分析析结结果果进进行行实实验验再再处处理理，重重新新分分配配人人力力和和精精力力来来开开展展工工作作； 必必要要的的任任务务分分配配有有利利于于效效率率的的提提高高。