妙趣横生的扬声器和留声机的制作

◆杨杰 黎秋婷

电磁感应现象和楞次定律是高中物理重点掌握的内容，扬声器和麦克风正是这一内容的具体应用。通过上网查找资料，已经有人制作简易的扬声器，虽然材料易找，但制作的是动圈式扬声器，具体方法比较复杂。如何用更少的材料，更简单的制作方法，制作可以演示这个内容的实验仪器呢？本文利用动磁式扬声器，即线圈固定，由强磁铁带动纸杯振动的扬声器。实物如图1所示。

1 动磁式扬声器的制作

实验材料包括强磁铁1粒（直径8 mm，厚2 mm），细铜丝线圈，纸杯，亚克力板1块（长17 cm，宽9 cm），音频线1根，热熔胶，502胶水。

图1

图2

具体制作方法如下：用502胶水将强磁铁粘到纸杯上，将玩具线圈的两端焊接到耳机插头上，如图2所示。将纸杯套到废弃玩具中，让线圈靠近纸杯，然后用502胶水粘牢，将玩具支架固定在一小块亚克力板上，完成实验制作。

本实验装置可以实现多种物理现象，适合学生进行动手探究与操作。

放音 将实验装置的耳机插头直接插到电脑或者手机的音乐输出接口，播放器的音量调到最大，即可听到音乐。若声音太小，借助功率放大器将声音信号放大，效果会更明显。

录音 将耳机插头接入电脑的麦克风接口，打电脑的录音程序（开始→程序→附件→娱乐→录音机），然后对着纸杯说话，或者将开着铃声的手机放到纸杯里，即可以进行录音。

本实验装置通过放音和录音的演示，可以讲解能量转化问题，包括电能转化为机械能、机械能转化为电能的具体过程。进行放音演示时，从计算机输出的音乐是一种电流，而且是变化的。电流经过线圈时，由电磁感应现象可知，在线圈周围就会产生变化的磁场，与强磁铁的磁场相互作用，就会引强磁铁的振动。由于它与纸杯粘在一起，纸杯就跟着一直振动，纸杯还将这种振动放大，于是声音就产生了。

进行录音演示时，声音的振动引起纸杯的振动，带动强磁铁的振动。由楞次定律可知，为了阻碍磁铁振动，线圈就会产生变化的电流，电流变化的频率与声音的频率一样。通过计算机系统的录音软件（开始→程序→附件→娱乐→录音机），就可以把声音录制下来了。

简易扬声器的实验制作，从“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的思想出发，用生活中的容易找到的材料，制作简易的动磁式扬声器，将扬声器复杂的结构简易的表现出来，能够引发学生的兴趣和思考。从实用性上看，取材容易，结构简单，易于操作，性能稳定，适于探究式教学。

2 黑板扬声器的实验

教室的黑板也能够用作扬声器[1]。如图3所示，黑板上固定一个直径为6厘米的强力稀土磁铁，一捆30米左右的电线卷曲为10厘米左右的线圈绑好。实验现象如下：将线圈连接到扩音机的输出端，把线圈靠近放在黑板上的磁铁，有音乐声音传出来。把电线拿开以后，音乐的声音停止了。再把电线放到黑板上的磁铁旁边，音乐的声音又响起来。原来，旁边有一架录音机，音乐声音是由耳机插座转换成电流振幅，但不是由耳机输出，而是连接到扩大机上。扩大机把讯号放大，转化成震动的电流，传到这捆电线上。当电线靠近磁铁，磁铁因为电流的变化而造成黑板的震动，震动的黑板发出音乐的声音。

图3

也可以把黑板当成麦克风来使用，把电线靠近强力稀土磁铁，大声对黑板说话，然后按下放音键，录音机扬声器传出说话的声音。当人对着黑板讲话，黑板跟随人的声音而震动，磁铁也发生震动。电线靠近磁铁，磁铁的震动使电线产生感应电流，感应电流发出电讯号，传输到录音机里面，被记录下来。由于从震动的黑板上录音下来，声音确实不够清楚，但是把黑板当成麦克风来使用，确实是一个有趣的实验。

3 趣味留声机的制作

最早发明的留声机录音装置是声波记振仪[2]，1877年8月15日，爱迪生制成世界上第一台滚筒式留声机：一个边上刻有螺旋槽纹的金属圆筒被安在一根长轴上，长轴的一头装着曲柄，摇动曲柄，圆筒就会相应地转动。还有两根金属小管，管的一头装有一块中心有钝头针尖的膜板。为证明这台机器能说话，爱迪生取出一张锡箔，卷在刻有螺旋槽纹的金属圆筒上，让针的一头轻擦着锡箔转动，另一头和受话机连接。爱迪生摇动曲柄，对着受话机唱起了“玛丽有只小羊羔，雪球儿似一身毛……”唱完后，把针又放回原处，轻悠悠地再摇动曲柄。机器不紧不慢、一圈又一圈地转动着，唱起跟刚才爱迪生唱的一模一样的歌。会说话的机器轰动全世界，外界舆论将其誉为“科学界的拿破仑”，是19世纪最让人振奋的三大发明之一。即将开幕的巴黎世界博览会把留声机作为最新的展品陈列，当时美国总统海斯也在留声机旁站两个多小时。

如今，我们可以用简单的器材，模拟爱迪生当年发明的留声机。如图4所示，由图画纸剪下一个30～40厘米大小的正方形，把这个正方形卷成圆锥形。以正方形一角为圆锥形顶点，把两边卷起，重叠处粘上胶水。把贴起来的地方，用回纹针别好，然后把这个圆锥放在桌上，内侧用重物压着，放置一夜，这样才能完全干燥。用唱针穿过圆锥形的尖端，唱针的角度，也要如图般稍微倾斜。唱针针头须涂少量浆糊或蜡，以便固定。把圆锥形拿在手上，把倾斜的唱针对着唱片的沟纹放好，打开电源，唱片就开始歌唱了。这个自制的唱机，当然无法比拟现代音响的清脆而立体的音响效果。

图4

[1]李耀俊.开展趣味电磁学实验[J].物理教学,2010(8):21-25.

[2]留声机：人类记录声音的历史[EB/OL].http://tech.sina.com.cn/d/2007-11-23/14171870702.shtml.