同學(xué)們,我們在生活實(shí)際中,常遇到這樣的問題:
買西瓜時(shí),有經(jīng)驗(yàn)的人用手指在上面敲擊幾下,聽聲音判斷優(yōu)劣。這種判斷主要是依據(jù)聲音的( )
A.響度不同。B.音調(diào)不同。
C.音色不同。D.回聲不同。
此題出自第十三屆初中應(yīng)用物理知識競賽(B)卷。在學(xué)習(xí)聲學(xué)過程中,也有不少學(xué)生常會問及此類問題,往往會引起老師們的一番激烈爭論。本題所給答案是音調(diào)不同,然而我們查閱資料時(shí),卻發(fā)現(xiàn)有不少參考書給的答案卻是音色不同,到底哪個(gè)對呢?
先來看這樣一個(gè)問題:玻璃杯裝水越多,敲擊時(shí)音調(diào)越高還是越低?我們往往簡單回答裝水越多,音調(diào)越低。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)驗(yàn)過程中,筆者發(fā)現(xiàn),取外形相同的樹脂茶杯、玻璃茶杯、塑料茶杯裝水相同,用相同的小棒,相同的力,向下敲擊杯口,做對比實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)三者音調(diào)是不同的。這表明音調(diào)與發(fā)聲體的材料有關(guān)。而對于同一杯水,當(dāng)改變敲擊方式,如一次敲擊杯口,一次敲擊杯壁時(shí),發(fā)現(xiàn)音調(diào)也是不同的。這表明音調(diào)其實(shí)也與敲擊方式部位有關(guān)。而對于相同的茶杯,僅改變水量,當(dāng)向下敲擊杯口時(shí),則發(fā)現(xiàn)水量越多,音調(diào)越低。例如廣西柳州北海課改實(shí)驗(yàn)區(qū)2005年一道中考試題即是這一結(jié)論的應(yīng)用,這里的答案應(yīng)是A。
例 (2005柳州)如圖所示,8個(gè)相同的水瓶中灌入不同高度的水,敲擊它們,可以發(fā)出“1、2、3、4、5、6、7、 i”的聲音來。這些聲音產(chǎn)生的原因和決定音調(diào)的因素分別是
A.水振動,水的高度。
B.水振動,瓶內(nèi)空氣柱的高度。
C.瓶內(nèi)空氣振動,水的高度。
D.瓶內(nèi)空氣振動,瓶內(nèi)空氣柱的高度。
再來看這樣一個(gè)問題:玻璃杯裝水越多,吹氣時(shí)所發(fā)出聲音的音調(diào)越高還是越低?通過實(shí)驗(yàn),很容易得到水越多音調(diào)越高。同一杯水,為什么敲和吹的結(jié)果如此不同呢?
要回答這個(gè)問題,我們首先要搞清聲源是什么。敲擊時(shí),聲源是杯子和水,而吹氣時(shí),這里的聲源是空氣柱被水激蕩發(fā)聲,所以水灌滿音調(diào)升高。類似的,喇叭有三個(gè)孔,都堵上時(shí)自然音調(diào)低,而小編鐘的音調(diào)也比大編鐘的高。
當(dāng)然,如果學(xué)生深究為什么小編鐘的音調(diào)高大編鐘的音調(diào)低呢?可用音調(diào)問題往往與質(zhì)量和慣性有關(guān)加以解釋。小編鐘質(zhì)量小,慣性小,運(yùn)動狀態(tài)容易改變,所以振動快,頻率高,音調(diào)高;而大編鐘質(zhì)量大,慣性大,運(yùn)動狀態(tài)不容易改變,所以振動慢,頻率低,音調(diào)低。類似的,可仿照解釋敲擊茶杯時(shí)水越多音調(diào)越低而吹氣時(shí)水越多音調(diào)越高的問題。喇叭的三個(gè)孔都堵上時(shí)音調(diào)低,也是由于空氣柱長質(zhì)量大的緣故。
由此,也很容易解釋為什么各種弦樂器(二胡、琵琶、胡琴、吉他)通過改變弦的發(fā)聲部分的長短、粗細(xì)來改變發(fā)出聲音的頻率,從而改變音調(diào)高低。弦越長,音調(diào)越低,就是由于弦越長質(zhì)量越大,慣性大,振動狀態(tài)不容易改變,因而振動慢,音調(diào)低。弦越粗,音調(diào)越低,是由于弦越粗質(zhì)量越大,慣性大,振動狀態(tài)不容易改變,因而振動慢,音調(diào)低。
再例如,有經(jīng)驗(yàn)的養(yǎng)蜂員根據(jù)蜜蜂的嗡嗡聲,就可以知道它們是飛出來采蜜,還是采好了蜜飛回蜂房。因?yàn)槊鄯湓诓粠Щ蹠r(shí),翅膀輕,慣性小,振動快,翅膀每秒振動約440次;而帶花蜜回去時(shí),翅膀重,慣性大,振動慢,翅膀每秒振動約330次,所以帶花蜜時(shí)發(fā)聲的音調(diào)低。
再回到本文開始提到的辨別西瓜生熟的問題。當(dāng)敲擊西瓜時(shí),由于生熟西瓜結(jié)構(gòu)不同,其振動的固有頻率不同,生西瓜的固有頻率高,所發(fā)聲音音調(diào)高,聽起來清楚;熟西瓜的固有頻率低,所發(fā)聲音音調(diào)低,聽起來較沉悶。
如此看來,該選音調(diào)啦?別忙,我們再來看看音色。音色是由發(fā)聲體的材料、結(jié)構(gòu),以及發(fā)聲方式等因素決定的。當(dāng)敲擊西瓜時(shí),由于生熟西瓜結(jié)構(gòu)不同,音調(diào)改變,音色也改變了。類似的,當(dāng)敲擊完好的瓷器時(shí),瓷器整體做同一振動,即做單一的有規(guī)則的振動,所發(fā)出聲音的音調(diào)單一,聲音圓潤清脆,音色好聽;破損的瓷器不是一個(gè)整體,結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,敲擊時(shí),瓷器的振動在破損處變得不一致,所發(fā)出的聲音是泛音,音調(diào)也不一致,這些不同的振動合成后,發(fā)出音調(diào)混雜的,當(dāng)然音色也比較暗啞的聲音。
由此看來,這類問題無論選音調(diào)還是音色都是可以的。
再來看這樣一個(gè)問題:
森林衛(wèi)士--啄木鳥在檢查樹干中是否有蛀蟲時(shí),用尖銳的喙在樹干上猛啄幾下就可以判斷出來,它是根據(jù)聲音的哪一個(gè)特征不同 ( )
A.音調(diào)。 B.響度。
C.音色。 D.以上三者結(jié)合。
分析 因?yàn)楸幌x蛀的樹干里面是空的,結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,音色也就發(fā)生了變化。當(dāng)然,你說音調(diào)有沒有改變?響度難道就沒有變化?故選D。
當(dāng)然,在涉及聲音的特征問題中,要具體問題具體分析,如下面一題:
例 (2003無錫) 在一只玻璃杯中先后裝入不同量的水,用細(xì)棒輕輕敲擊,會聽到不同頻率的聲音。與此類似,當(dāng)醫(yī)生在給病人檢查腹部是否有積水時(shí),常會用手輕輕敲擊患者腹部,細(xì)細(xì)傾聽其發(fā)出的聲音,此為“叩診”,醫(yī)生主要是根據(jù)什么來判斷患者腹部是否有積水的( )
A.聲音的響度。B.聲音的音調(diào)。
C.聲音的音色。D.聲音是否悅耳動聽。
分析 在這里,由于題目中已給出了頻率問題,命題目的是要考查音調(diào)與頻率的關(guān)系。音調(diào)是由頻率決定的,在一只玻璃杯中先后裝入不同的水,用細(xì)棒輕輕敲擊,會聽到不同音調(diào)的聲音, 命題者指出:“叩診”與此類似,故選B。
注:“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?!?/p>