畢亮

摘要：這個小孔吸收聲音的實驗取材簡單，“小孔”和發(fā)聲體相距很遠時效果也非常顯著。該實驗不需要發(fā)聲體有非常大的響度.不會妨礙別人的正常工作和學習。

關鍵詞：小孔；吸收；聲音；礦泉水瓶；音箱

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）2（S）-0058-2

1 研究背景

在講授教科書《噪聲的危害與控制》的內容時。筆者引用了課本上的例子：為了防止噪聲產(chǎn)生，摩托車排氣管里安裝有消聲器；為了阻斷噪聲的傳播，穿越居民區(qū)的高速公路兩旁安裝有隔音板……這時有學生問：老師，消聲器是怎樣防止噪聲產(chǎn)生的？隔音板是怎樣阻斷噪聲傳播的？你能詳細解釋一下嗎？

筆者就這位同學的提問做了一些簡單介紹：消聲器是用一些多孔的材料制成的，這些多孔的材料能吸收聲音。隔音板也是用一些多孔的材料制成的，隔音板除了能反射聲音，同時還能吸收聲音。一個平時愛問“為什么”的同學又接著問：小孔可以吸收聲音？老師，你能證明給大家看嗎？但是筆者要怎么證明給學生看呢？這是一個令人頭痛的問題。

2 設計思路

聲音是由物體振動產(chǎn)生的。發(fā)聲的物體會帶動周圍的空氣振動，形成疏密相間的波動（聲波），向遠處傳播。聲波是可以傳遞能量的，例如放在揚聲器旁的蠟燭火焰會被聲波“吹”彎。我們身邊有“小孔”的物體很多，譬如去掉瓶蓋的礦泉水瓶。如果把沒有瓶蓋的礦泉水瓶放入一個聲音噪雜的環(huán)境，聲波會通過瓶口進入瓶內，由于瓶口比瓶身小很多，聲波會在瓶內不斷反射，由于受到空氣的摩擦和粘滯阻力。以及使礦泉水瓶作機械振動，聲能最終會轉變?yōu)榭諝夂偷V泉水瓶的內能。

也就是說。如果礦泉水瓶的“小孔”吸收了聲音，那礦泉水瓶就是吸收了能量；如果礦泉水瓶吸了能量的話，那礦泉水瓶一定會發(fā)生振動。但是如果礦泉水瓶的振動很小的話。就不容易觀察到，那如何才能使礦泉水瓶的振動非常顯著呢。順著這樣的思路，筆者經(jīng)過多次失敗后最終成功設計出“小孔吸收聲音”的實驗，并在課堂上取得了非常滿意的效果。

3 實驗設計

3.1 實驗器材

一個596ml的娃哈哈礦泉水瓶，一對產(chǎn)品型號為LXB-203D的聯(lián)想商用音箱（該音箱為小音箱，質量小于1.5kg），筆記本電腦一臺。

3.2 實驗方法

用筆記本電腦播放一些強烈的音樂。如搖滾、重金屬一類的歌曲（輕柔的音樂收效甚微）。旋轉音量調節(jié)旋鈕調節(jié)音量（以不干擾隔壁班級上課為宜），然后旋轉低音旋鈕把低音調到理想位置。接下來，用手握住蓋子已擰緊了的596ml的娃哈哈礦泉水瓶，并把該礦泉水瓶放在型號為LXB-203D的聯(lián)想商用音箱附近，瓶口正對著音箱，這時會發(fā)現(xiàn)瓶身并不振動，如圖1所示。爾后，把礦泉水瓶瓶蓋取下，再用手握住該礦泉水瓶并把瓶子正對音箱，這時會發(fā)現(xiàn)瓶身在振動，而且振感很明顯，如圖2所示。然后逐漸遠離音箱，直到10m開外都能明顯感覺到該礦泉水瓶的瓶身隨著音樂的起伏而不停地振動。

教室里所有的同學每人拿一個596ml的娃哈哈空礦泉水瓶，在教室的任意位置，擰上瓶蓋，每個礦泉水瓶都不振動，然而一打開瓶蓋，所有的瓶子都發(fā)生振動。

3.3 買驗說明

很多讀者會產(chǎn)生這樣的疑問，為何筆者選用596ml的娃哈哈礦泉水瓶。而不選用350ml的娃哈哈礦泉水瓶或者其他的飲料瓶？為何筆者選用型號為LXB-203D的聯(lián)想商用音箱，而不選用其他的音箱？

這里需要特別說明。并非任意的飲料瓶和任意的音箱搭配在一起就能取得明顯的實驗效果（尤其二者相距較遠時）。筆者認真總結經(jīng)驗后發(fā)現(xiàn)，決定這個實驗成敗的條件有五個：一是音箱要可以調節(jié)聲音的響度，這樣聲音可以傳很遠；二是音箱要可以調節(jié)聲音的頻率：三是不能選用有一個獨立低音炮的音箱：四是飲料瓶的瓶壁要很薄且彈性好，這樣振動時可以有比較大的振幅：五是經(jīng)過低音調節(jié)后音箱發(fā)聲的頻率要與飲料瓶的頻率很接近。

這五個條件中最關鍵的是第五個。在選取飲料瓶和音箱的時候。一定要讓飲料瓶的頻率和音箱的發(fā)聲頻率很接近，這樣的話飲料瓶可以從周圍空氣中吸收更多的聲能，發(fā)生共振。發(fā)生共振時，飲料瓶的振幅最大，易于觀察。麻煩的問題是，我們只有反復不斷的重復實驗，才能找到最理想的飲料瓶和最理想的音箱。

這個實驗要在非常安靜的環(huán)境下進行，并且心要很平靜，然后把全身的注意力都集中在握住瓶身的手上。此實驗不但可以說明小孔能吸收聲音，同時能說明聲音可以傳遞能量。如果稍加改進，把瓶底去掉，套上一層薄薄的橡皮膜，還能演示人耳在聽到聲音時鼓膜會發(fā)生振動。

4 實驗的簡化及拓展

4.1 簡化實驗

很多同學回家后重復筆者的實驗，發(fā)現(xiàn)很難成功再現(xiàn)筆者的實驗。的確，實驗器材雖然常見，然而要找到頻率相近的飲料瓶和音箱的確很困難。這樣的話，要推廣這個實驗也不容易。筆者認真思索之后想到了簡化實驗的方法。

實際上，小孔吸收聲音的實驗完全可以不用音箱，只需用一個596ml的哇哈哈礦泉水瓶。方法是這樣的。幾個手握礦泉水瓶的同學湊在一塊交談，在交談的過程中，會發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶時不時的振動一下。有的同學問這是為什么呢？原因其實很簡單，我們在交談時，發(fā)出的聲音頻率總是在變化的，當頻率與礦泉水瓶的頻率接近時，礦泉水瓶吸收了更多的能量發(fā)生了共振。

4.2 拓展實驗

有的同學又問。怎樣才能使同一個款式的礦泉水瓶吸收到不同頻率的聲音呢？礦泉水瓶的振動頻率和礦泉水瓶中的空氣柱長度是有關聯(lián)的。筆者讓同學們把596ml的礦泉水瓶放置于課桌上，嘴唇在瓶口25cm的上方或者更高一點的地方（之所以嘴唇離瓶口盡量高一些，是為了避免因人在發(fā)音時把氣流吹進瓶子。影響實驗的準確性），然后兩只手掌夾住瓶身，用口發(fā)出1、2、3、4、5、6、7、i這八個音調。

有些同學得出的結論是只有2能使礦泉水瓶振動，而有的同學說只有3才能使礦泉水瓶振動。為何出現(xiàn)這種差異？筆者分析可能有兩個因素使。一個是因為我們缺乏必備的音樂素養(yǎng)，發(fā)音時音調不準，另一個是我們在發(fā)音時音高不一樣。這兩個原因都是有可能的，這樣的話就算是“同一個音調”頻率也不相同。因此我們的實驗結果是有很大誤差的。盡管如此，只要做實驗的是同一個人，就會發(fā)現(xiàn)這八個音調并非所有音調都能使礦泉水瓶發(fā)生振動。

筆者又讓同學們加點水進去。再發(fā)出八個音調，結果同學們發(fā)現(xiàn)，只要往瓶子里適當?shù)募铀椭挥辛硪粋€音調才可以使礦泉水瓶振動，再適當加水，又會發(fā)現(xiàn)是其他的一個音調才會使礦泉水瓶振動，只要水量合適，這八個音調中的每一個音調都可以使礦泉水瓶發(fā)生振動，如圖3所示。

用一些礦泉水瓶。并在礦泉水瓶中加入不同高度的水，把這一些礦泉水瓶組合在一起就可以吸收不同頻率的聲音。

本實驗給學生留下深刻印象，永遠難忘。

參考文獻：

[1]義務教育教科書——物理八年級上冊[M]北京：人民教育出版社.2013.

[2]朱紅.聲學、光學中的實驗改進與創(chuàng)新[J].物理教學探討，2012，（1）：57.

（欄目編輯 王柏廬）