紙杯喇叭

資料來源
科學研習月刊44-4
祁明輝老師 臺北市立龍山國民中學
 

春去春會來,花謝花會再開,只要你願意,只要你願意,我會划向你心海……
悠揚的音樂聲從紙杯中傳出,聽起來別有一番滋味!
不會吧?
紙杯又不是喇叭,音樂聲怎麼會從紙杯中傳出?
不要懷疑,因為那是「紙杯喇叭」。
現在就讓我們動手製作一個紙杯喇叭,以了解喇叭的運作原理。
 

首先準備以下器材:

●免洗紙杯1個
●漆包線(#32、線徑約0.27mm)150cm
●圓盤形磁鐵2個(直徑約2.5cm)
●鱷魚夾2個
●膠帶1段
●圓柱形物體1個(直徑約3.0cm)
●大頭針1支
●美工刀1把
●快乾膠1小瓶
●音源裝置(如CD隨身聽)
●音源輸出線(其中一端可連接音源裝置之耳機孔)
器材準備妥當後,就可以依照以下步驟製作紙杯喇叭了。
 

1.取一個免洗紙杯,將杯底朝上放置。在杯底端(外部)以大頭針在杯緣刺2小孔,孔間距離約3公分(圖1)。

注意:小心使用大頭針,以免割傷
注意:小心使用大頭針,以免割傷

2.將漆包線繞圓柱形物體(如照相底片塑膠盒)約20圈左右成一單層螺線形線圈。線圈間儘量密接靠緊,線圈兩端留下約15公分的引線。先在繞好的線圈表面黏貼一層膠帶,如此可將線圈固定而不散開,然後再將線圈慢慢滑出圓柱形物體(圖2、3)。

示意圖

3.以美工刀(或細砂紙)小心地刮除線圈兩條引線外端的絕緣漆。
4.將線圈兩條引線分別穿過紙杯兩小孔,並將線圈以快乾膠固定在紙杯底部中央後,在兩條引線上各連接一個鱷魚夾,以方便連接線路(圖4)。

示意圖
 

5.放置一個圓盤形磁鐵在線圈內,並用膠帶固定,然後在膠帶上再放一個圓盤形磁鐵,如此『紙杯喇叭』就完成了(圖5、6)。

示意圖

6.音源接線的一端連接音源裝置的耳機孔,另一端連接紙杯喇叭的鱷魚夾,接法如圖7、8。打開音源裝置,播放音樂,將耳朵靠近紙杯,是否可聽到由紙杯傳來的音樂聲。

示意圖
 
若無法由紙杯聽到音源裝置所播放的音樂聲,試檢查以下事項:
(1)兩條引線外部的絕緣漆是否刮除乾淨?
(2)鱷魚夾連接音源接線的接法是否錯誤?
(3)磁鐵的磁力是否太弱?
為什麼所做的紙杯喇叭可以聽到音源裝置所播放的音樂聲呢?簡單說明如下:通以電流的導線,會在導線周圍產生磁場,可以使磁針發生偏轉,這種現象稱為「電流的磁效應」。這是丹麥人厄斯特(Hans Christian Oersted,1777-1851)於西元1820年所發現的現象。將一長導線繞成螺線形線圈,當線圈通以電流時,此線圈就像磁鐵一樣,具有N極與S極,以及磁鐵所顯現的性質。
音源裝置(如 CD 隨身聽)藉音源線傳送聲音的「電流訊號」至漆包線圈,漆包線圈因電流磁效應產生磁場,線圈產生的磁場與圓盤形磁鐵的磁場互相作用,使線圈及紙杯底的紙盤來回振動,進而振動空氣而發出與音源裝置所播放相同的音樂聲。
【參考資料】

●近角聰信等五名(1999),《物理II》,p.91,東京書籍,日本。
●近角聰信等五名(1998),《物理的世界IA》,p.27,東京書籍,日本。
●Bill Aldridge and National Geographic society,1988,《Science interactions course3》,p.67,Glencoe/McGraw-Hill,New York.