應(yīng)干和

摘 要：本文對音樂片（即音樂集成電路）的結(jié)構(gòu)及基本原理進行學(xué)習(xí)和探究，并從生日卡片、廢舊的玩具、工藝品中收集各種音樂卡片，開展物理實驗的創(chuàng)新設(shè)計和制作，根據(jù)音樂集成電路具有工作電壓低、耗電量極少的特點，設(shè)計制作成“微弱電流檢測器”，可以用來驗證“會產(chǎn)生微弱電流”的物理實驗，將其用于物理實驗，取代過去一些陳舊的方法，效果極佳，且頗為新穎有趣。

關(guān)鍵詞：音樂片；物理實驗；微電流檢測

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）2-0013-3

筆者發(fā)現(xiàn)音樂卡片包含著不少物理知識，可以做很多物理實驗，探索許多的物理現(xiàn)象。音樂片雖小，但它是一種音樂集成電路，音樂集成電路是一種樂曲發(fā)生電路，它可以向外輸出固定存儲的樂曲。音樂集成電路具有外接元件少、工作電壓低、耗電量極少、功能齊全和使用方便的特點。設(shè)計制作成“微弱電流檢測器”可以用來驗證“會產(chǎn)生微弱電流”的物理實驗?，F(xiàn)將其工作原理、設(shè)計、制作及在物理實驗中的應(yīng)用總結(jié)如下。

1 音樂集成電路的結(jié)構(gòu)及基本工作原理

音樂集成電路的芯片面積僅半顆黃豆大小，屬大規(guī)模CMOS電路，它由音樂集成電路、聲光集成電路、模擬聲響集成電路三部分組成，總稱音樂集成電路。音樂集成電路具有以下特點：（1）品種多，規(guī)格齊全。它有三大系列、數(shù)百個品種規(guī)格可供選擇。（2）電路簡單，制作容易，用途廣泛，售價便宜，特別適合于青少年課外業(yè)余電子制作活動。（3）工作電壓為1.2～3 V，工作電流典型值為600 μA，靜態(tài)電流僅為0.5 μA，可采用紐扣電池供電，使用壽命長達1～2年。

音樂集成電路有許多系列，且在控制功能上也各不相同，但它們的基本電路結(jié)構(gòu)和工作原理大都是相同的。

音樂集成電路的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由控制電路、振蕩電路、存儲器（ROM）、節(jié)拍發(fā)生器、音階發(fā)生器、調(diào)制器、音色發(fā)生器、音色和節(jié)拍選擇器及前置放大器等組成。

2 “微弱電流檢測器” 設(shè)計制作

筆者收集了很多型號的音樂卡片，有HY-100系列音樂集成電路、HY-1音樂集成電路、KD-930音樂集成電路、KD-152G音樂集成電路、HFC93音樂集成電路、TS-021音樂集成電路等。由于KD-930音樂集成電路，結(jié)構(gòu)簡單、外接元件最少，所以筆者先用KD-930音樂集成電路制作物理實驗儀器。

筆者根據(jù)音樂集成電路（音樂片）具有工作電壓低、耗電量極少的特點，利用音樂片設(shè)計制作了“微弱電流檢測器”，將其用于物理實驗，取代過去一些陳舊的方法，效果極佳，且頗為新穎有趣。

筆者把KD-930音樂集成電路、開關(guān)、壓電晶片如圖2電路進行焊接，觸發(fā)開關(guān)用熱熔膠粘在塑料盒邊，壓電晶片粘在塑料盒蓋上，整個原件組裝在一個塑料盒中，這樣就做成了一個多功能的“微弱電流檢測器”，實物如圖3所示。

圖中1腳接電源正極，2腳為正脈沖觸發(fā)電極，4腳為地接電源負極，3腳為輸出。3、4腳兩端可接壓電晶片（發(fā)音片），其耗電量極低。在外界有電源接A、B的情況下，當(dāng)2腳與1腳每接觸一次則觸發(fā)演奏一曲音樂，若兩者相接則反復(fù)演奏。

3 用“微弱電流檢測器”進行以下物理實驗

3.1 檢驗電源電動勢

將兩節(jié)電池串聯(lián)，其正、負極分別與電路圖2中的A、B相連。將 2與1開關(guān)閉合短接，則奏響音樂，斷開電源，音樂停止，說明電路正常。然后去掉一節(jié)電池，再按上述方法接通。音樂又響，但音量比前者小，這說明音樂片所發(fā)的聲音大小與電源電動勢有關(guān)，在一定范圍內(nèi)電源電動勢越高，加到電路上的電壓越大，聲音也越大。下面用此方法檢驗伏打電池（或水果電池）其效果會更為顯著，因為這類電池產(chǎn)生的電流較弱。若用小燈泡演示，由于耗電量大，電池放電快，演示好似曇花一現(xiàn)，燈很快便暗淡下去，改用音樂片則時間延續(xù)很長，效果極為明顯。

具體方法：將鋅（鎂）和銅電極分別插入稀硫酸溶液杯（或水果中）。鋅電極作為電源負極，銅電極作為正極，代替干電池分別與音樂片圖2中的A、B相接，此時音樂響起，當(dāng)把電極取出，音樂停止，重新插入，音樂又奏響，以此說明伏打電池（水果電池）可以代替干電池產(chǎn)生電源電動勢，為音樂片提供電壓和電流。

3.2 驗證電容器能存儲電能

取200 μF以上的電解電容一只，用其代替電池接到電路圖2中的A、B端。此時音樂片不響，取下電容，用電池對其充電（注意極性）數(shù)分鐘后，再將電容正負極分別接到電路圖2中的A、B端。此時音樂會響起，并且聲音逐漸減弱。這說明電容能夠存儲電能，并隨放電時間的延長，電容兩端的電壓和輸出的電流會逐漸減小。

3.3 檢驗電感線圈的自感電動勢

實驗電路如圖4所示，無電感時，電路一接通，音樂片馬上就響起，電路斷開，音樂戛然而止，但有電感線圈后，電路接通的瞬間，聲音并不馬上響起，而是逐漸變響，過一段時間后才達到穩(wěn)定的響度。當(dāng)電鍵扳到2時，音樂也不馬上停止，而是逐漸消失。這說明當(dāng)電鍵閉合時，電感線圈有自感電動勢產(chǎn)生。其方向與電源電動勢相反，阻礙電流突變，因此音樂聲是漸大的。當(dāng)電路進入穩(wěn)定狀態(tài)后，電源電動勢才全加到音樂片上。當(dāng)電鍵斷開，扳到2時，電感線圈也會產(chǎn)生自感電動勢，方向與原電源電動勢相同，阻礙電流變小。所以它將繼續(xù)為音樂片提供電壓、電流，使其發(fā)音，但隨著時間延長，自感電動勢減小，聲音也逐漸變小， 最后消失。

3.4 驗證二極管的單向?qū)щ娦?/p>

在電池正極與音樂片圖4中的A腳之間串接一個二極管D，這時會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二極管極性與電路中電流方向一致時，音樂片便會響起，當(dāng)其極性與電流方向相反時，音樂便會停止。這說明二極管具有單向?qū)щ娦裕?dāng)其極性與電流方向一致時，其兩端所加電壓為正向偏置，二極管導(dǎo)通，電阻極小，其兩端相當(dāng)于短路，因此電源電壓會加到音樂片上，使其奏響。當(dāng)二極管反接時，其兩端電壓為反向偏置，二極管截止，兩端相當(dāng)于開路，電源電壓不能加到音樂片上，因此不會使音樂響起。

3.5 演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象

電路如圖5所示，音樂集成塊為KD-930，L為J2409型演示原、副線圈中的副線圈，二極管和電容器的型號、參數(shù)見圖5。把兩根條形磁鐵并在一起，插入（或拉出）線圈一次，音樂集成塊就能工作約8秒鐘。如果不緊不慢一次次地把磁鐵插入、拉出線圈，音樂就能一直演奏下去，比課本中介紹的用電流表顯示感應(yīng)電流，更加生動有趣。

取一只錄音機機芯馬達，撬開后蓋，拆去穩(wěn)速板，從電樞的兩個端點引出兩根導(dǎo)線，如圖6所示連接線路，手捏轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，電動機就變成了發(fā)電機，確定正確的旋轉(zhuǎn)方向后，只要不停地用手轉(zhuǎn)動馬達，音樂集成塊就能不停地演奏下去。

3.6 顯示電磁波具有能量

取兩根長度為30 cm左右的空心金屬棒，相距5 cm左右，置于同一直線上，各元件型號、參數(shù)如圖7所示。按圖連接線路，把整個裝置固定在木板、泡沫塑料等絕緣體上，打開J2435型電磁波發(fā)送、接收演示器，金屬棒距發(fā)射天線1.5 m以外，音樂集成塊已能奏出清晰的音樂，比用小燈泡顯示更靈敏，也更吸引學(xué)生。

4 結(jié) 語

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。在教學(xué)過程中，部分老師受到器材的限制，導(dǎo)致課堂缺少實驗演示，影響課堂教學(xué)質(zhì)量。殊不知，身邊的小物體“變廢為寶”將會有大作用。一張小的音樂片給物理實驗帶來創(chuàng)新的同時也為課堂注入活力，幫助教師提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。同時，還能更加吸引學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。此外，教師在準(zhǔn)備實驗教具的過程中，必然會遇到許多需要克服的困難和需要學(xué)習(xí)的東西，這對教師自身能力的提升大有裨益。

參考文獻：

[1]林杼， 龔鎮(zhèn)雄. 普通物理實驗[M].北京：北京高等教育出版社， 1981：275.

（欄目編輯 趙保鋼）