聲強和平方反比定律
1·預測
揚聲器向各個方向均勻地輻射聲音。如果聽者移動兩倍的距離，聲音強度會下降多少？
- 強度下降到 1/2——它隨著距離線性下降。
- 強度下降到 1/4——它隨著距離的平方而下降。
- 無論距離如何，強度都保持不變。
2·設定
- 開啟 sound-intensity 預設並按下 Reset。源向所有方向輻射 0.05 W（球形傳播）。
- 在觀察者處啟用強度讀數。
- 設定每次試驗觀察者與源的距離並記錄強度。
3·收集數據
| 距離r (m) | 強度一 (µW/m²) |
|---|---|
| 2.00 | |
| 4.00 | |
| 8.00 |
針對三次試驗，繪製強度I（Y軸）相對1/r²（x軸）的關係圖。直線是否通過原點？
4·分析
- 對於一項試驗，使用 P = 0.05 W 計算 I = P/(4πr²)，以 µW/m² 表示您的答案 (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²)。與表比較。
- 使用球體表面積 4πr² 解釋為什麼向外傳播的聲功率會使強度下降為 1/r² 而不是 1/r。
5·擴展
- 距離加倍會使強度增加四分之一，但每次距離加倍時響度（以分貝為單位）似乎只會下降固定的量。看看 sound-decibel 實驗－什麼樣的函數可以將 ×4 的強度比變成固定的 dB 差異？
- 此實驗假設光源向各個方向均勻輻射。相反，擴音器將聲音集中到一個狹窄的錐體。對於相同距離的聚焦光源，您預期強度 1/r² 定律會如何改變？
這個實驗背後的物理原理
聲強平方反比定律
向各個方向均勻輻射的功率分佈在面積為 4πr² 的球體上。因此，強度（每單位面積的功率）隨著與源的距離而下降為 1/r²。