一、一個(gè)爭論多年的問題——“敲花盆”

日常生活中，有經(jīng)驗(yàn)的人在挑選花盆之類的生活用品時(shí)，為了判斷它是否有裂縫，往往要用手或借助于其他物體輕敲一下所選物品，用耳聽一下此時(shí)發(fā)出的聲音，人們便可判斷它是否有裂縫了.這一生活常識大家都知道，其中關(guān)鍵的問題是：既然是根據(jù)聲音來判斷它是否有裂縫，那么人們是主要根據(jù)聲音哪個(gè)特性呢？是音調(diào)還是音色，或是音調(diào)和音色的共同作用的結(jié)果呢？針對這一問題，我利用示波器做了一系列有關(guān)此問題的幾組實(shí)驗(yàn).

第一組實(shí)驗(yàn)：

第一步，精選兩只規(guī)格和型號一樣的“500ml”的燒杯，盡管是精選，但兩只燒杯的質(zhì)量和厚薄還是有一點(diǎn)點(diǎn)差異，因?yàn)閮芍煌耆粯拥臒钦也坏降?其中一只A杯完好無裂縫，另一只B杯有裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學(xué)生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出的聲音，并要求他們根據(jù)所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結(jié)果他們的判斷與實(shí)際情況完全一致.同時(shí)，用示波器把敲擊這兩只燒杯時(shí)的相關(guān)信息記錄下來，如圖1和圖2所示.

從兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出聲音的頻率來看，A杯的發(fā)聲頻率為796Hz，B杯的發(fā)聲頻率為839Hz，這兩次的發(fā)聲頻率確實(shí)不同，音調(diào)當(dāng)然也就不同了.多次實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果還是這樣.因此就得到結(jié)論：用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，主要根據(jù)聲音的音調(diào).這樣的結(jié)論是否可靠呢？思考后我又做了第二組實(shí)驗(yàn).

第二組實(shí)驗(yàn)：

第一步，選一只規(guī)格和型號與A杯一樣的“500ml”的燒杯C，但兩只燒杯的質(zhì)量和厚薄的差異有點(diǎn)大，且C杯完好無裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學(xué)生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出的聲音，并要求他們根據(jù)所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結(jié)果他們的判斷與實(shí)際情況完全一致.同時(shí)，用示波器把敲擊這兩只燒杯時(shí)的相關(guān)信息記錄下來，如圖3和圖4所示.

從兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出聲音的頻率來看，A杯的發(fā)聲頻率為796Hz，C杯的發(fā)聲頻率為732Hz，這兩次的發(fā)聲頻率確實(shí)不同，音調(diào)當(dāng)然也就不同了.多次實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果還是這樣.這表明，發(fā)聲頻率不同的杯子不一定就有壞的.

事實(shí)上，我們在挑選花盆時(shí)，花盆的種類和規(guī)格多種多樣，有大有小、有重有輕，并且沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，也不可能一次只敲一個(gè)花盆.我們在敲不同的花盆時(shí)，它的發(fā)聲頻率可能都不一樣，但我們還是能把好與壞區(qū)分出來.這說明，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調(diào).為了說明這一問題，可以做第三組實(shí)驗(yàn).

第三組實(shí)驗(yàn)：

第一步，選兩只規(guī)格和型號不一樣的燒杯，其中一只D杯的型號是“250ml”，完好無裂縫，另一只E杯的型號是“100ml”，完好無裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學(xué)生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出的聲音，并要求他們根據(jù)所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結(jié)果他們的判斷與實(shí)際情況完全一致.同時(shí)，用示波器把敲擊這兩只燒杯時(shí)的相關(guān)信息記錄下來，如圖5和圖6所示.

通過以上一系列實(shí)驗(yàn)，我們可以得出的結(jié)論是：發(fā)聲頻率不同的燒杯，有的是無裂縫的，也有的是有裂縫的；同樣是無裂縫的燒杯，它們的發(fā)聲頻率也會不同，甚至相差很大.由此可以斷定：用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調(diào).那么，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，主要根據(jù)聲音的什么特性呢？我們只要分析一下這幾次實(shí)驗(yàn)中所記錄下的波形，A、C、D、E這幾只完好無裂縫的燒杯發(fā)聲時(shí)聲波的波形基本上是一樣的“正弦波”波形，而有裂縫B杯發(fā)聲時(shí)聲波的波形與A、C、D、E這幾只燒杯發(fā)聲時(shí)聲波的波形相差很大.這說明，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調(diào)，而是主要根據(jù)聲音的音色.事實(shí)上，學(xué)生在選花盆這方面并沒有什么經(jīng)驗(yàn)，他們在判斷花盆是否有裂縫時(shí)，就是通過敲擊燒杯時(shí)，燒杯所發(fā)出的聲音是否好聽來判斷的.

二、由此引起的思考

有關(guān)“敲花盆”的問題，網(wǎng)上有100多個(gè)，回答（帖）就更多了.請看下列一例及網(wǎng)友的相關(guān)回帖.

問題：（來自蘇科物理網(wǎng)）

花匠在挑選花盆時(shí)，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，根據(jù)敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，他是主要根據(jù)聲音三個(gè)特性中的（ ）.

A.響度 B.音調(diào) C.音色

回帖：（來自蘇科物理網(wǎng)）

解答1：B.音調(diào).

理由：音調(diào)和音色都有，但目前大家比較認(rèn)同的是音調(diào).

解答2：B.音調(diào).

理由：音色是由于物體的材料和結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致的，花盆壞了，它的結(jié)構(gòu)肯定也改變了.因此音調(diào)和音色都有，但目前大家比較認(rèn)同的是音調(diào).

解答3：B.音調(diào).

理由：花匠在挑選花盆時(shí)，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，根據(jù)敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，好的花盆和有裂縫的花盆發(fā)出的聲音的音調(diào)和音色都不相同，但是人耳對音調(diào)更為敏感！所以主要還是從音調(diào)加以判斷.

解答4：B.音調(diào).

理由：大家意見真一致，那就是音調(diào)了.如果有其他朋友再問起這個(gè)問題，就把這個(gè)帖子打開讓他看看.呵呵.

解答5：C.音色.無分析和理由.

……

從以上的幾個(gè)回帖來看，我們不難發(fā)現(xiàn)：“空對空”者有之；“隨大流”者有之，就是沒有人去敲一下花盆，不“敲”的人就失去了發(fā)言權(quán).

新的課程標(biāo)準(zhǔn)中明確要求：“在義務(wù)教育階段，物理課程不僅應(yīng)該注重科學(xué)知識的傳授和技能的訓(xùn)練，注重將物理科學(xué)的新成就及其對人類文明的影響等納入課程，而且還應(yīng)重視對學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識以及科學(xué)精神的培養(yǎng).”因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)要注重科學(xué)探究，老師在施教時(shí)更要注重科學(xué)探究，多做實(shí)驗(yàn).在遇到一些類似于“敲花盆”這類難點(diǎn)問題時(shí)，老師絕對不能僅僅根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和已有知識進(jìn)行“空對空”地分析，也絕對不能“隨大流”和盲從權(quán)威，必要時(shí)要讓實(shí)驗(yàn)來替我們說話.