声强和平方反比定律
1·预测
扬声器向各个方向均匀地辐射声音。如果听者移动两倍的距离，声音强度会下降多少？
- 强度下降到 1/2——它随着距离线性下降。
- 强度下降到 1/4——它随着距离的平方而下降。
- 无论距离如何，强度都保持不变。
2·设置
- 打开「声强和平方反比定律（sound-intensity）」预设并按重置。源向所有方向辐射 0.05 W（球形传播）。
- 在观察者处启用强度读数。
- 设置每次试验观察者与源的距离并记录强度。
3·收集数据
| 距离r (m) | 强度 I (µW/m²) |
|---|---|
| 2.00 | |
| 4.00 | |
| 8.00 |
针对三次试验，绘制强度I（y轴）相对1/r²（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于一项试验，使用 P = 0.05 W 计算 I = P/(4πr²)，以 µW/m² 表示您的答案 (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²)。与表比较。
- 使用球体表面积 4πr² 解释为什么向外传播的声功率会使强度下降为 1/r² 而不是 1/r。
5·扩展
- 距离加倍会使强度变为原来的四分之一，但每次距离加倍时，响度（以分贝为单位）似乎只下降固定的量。看看 sound-decibel 实验——什么样的函数能把 ×4 的强度比变成固定的 dB 差？
- 该实验假设声源向所有方向均匀辐射。而扩音器会把声音集中到一个窄锥中。对于相同距离处的指向性声源，你预计 1/r² 定律会如何变化？
这个实验背后的物理原理
声强平方反比定律
向各个方向均匀辐射的功率分布在面积为 4πr² 的球体上。因此，强度（每单位面积的功率）随着距源的距离而下降为 1/r²。