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        聲碎酒杯

        2021-02-18 03:28:14朱向陽(yáng)
        物理之友 2021年12期
        關(guān)鍵詞:聲強(qiáng)杯口酒杯

        朱向陽(yáng)

        (江西省信豐中學(xué),江西 信豐 341600)

        在高中物理的“共振”教學(xué)中,現(xiàn)場(chǎng)演示聲碎高腳玻璃酒杯(下稱酒杯)實(shí)驗(yàn),學(xué)生會(huì)感到非常驚奇和不可思議。通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示,能夠引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生更好地理解“外力作用下的振動(dòng)”的內(nèi)容。

        聲碎酒杯實(shí)驗(yàn)主要有三種方法:(1) 利用音頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和高音頭組合成音頻驅(qū)動(dòng)器來(lái)聲碎酒杯;(2) 吹奏兒童玩具喇叭來(lái)聲碎酒杯;(3) 直接徒口聲碎酒杯。第1種方法實(shí)驗(yàn)的成功率高,但所需器材較多,第2、3種方法實(shí)驗(yàn)所需器材少,但要求教師要具備較高掌控發(fā)聲頻率的能力,下面交流筆者這幾年練習(xí)徒口聲碎酒杯的體會(huì)和方法。

        1 聲碎酒杯的原理

        聲音頻率非常接近或等于酒杯的固有頻率時(shí),并且驅(qū)動(dòng)力的聲強(qiáng)達(dá)到100dB以上,酒杯會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的共振而使杯壁破碎。

        2 選擇合適的酒杯

        限于大多數(shù)人的音域范圍和聲強(qiáng),并不是任何酒杯都能被徒口吼破。所以,酒杯的選擇要以自己能吼破為原則。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),選擇杯口附近壁部厚度約為0.8mm、固有頻率為500~800Hz的酒杯比較合適。在這個(gè)頻率段范圍內(nèi),也應(yīng)該根據(jù)個(gè)人自身的發(fā)聲條件來(lái)選擇合適的酒杯,筆者感覺(jué)吼破固有頻率為700Hz左右的酒杯比吼破固有頻率為500Hz左右的酒杯要更容易些。

        3 測(cè)量酒杯的頻率

        要讓聲音頻率非常接近或等于酒杯的固有頻率,應(yīng)該先測(cè)出酒杯的固有頻率。對(duì)于初學(xué)者可在手機(jī)上下載“聲音分析儀”測(cè)頻軟件(圖1)。測(cè)量酒杯的固有頻率時(shí),一只手拿住杯梗(杯肚與杯座的細(xì)長(zhǎng)連接體),讓酒杯靠近手機(jī),另一只手的食指彈擊杯口附近的壁部,使杯壁振動(dòng)發(fā)聲,便可測(cè)出酒杯的固有頻率。在發(fā)聲練習(xí)時(shí),可看著手機(jī)屏幕的頻率數(shù)值,控制自己的發(fā)聲頻率盡量穩(wěn)定在酒杯的固有頻率附近。

        圖1

        4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        (1) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        如圖2所示,用亞克力板、PVC片等材料制作一個(gè)放置酒杯和收集玻璃碎片的托盤(pán),酒杯置于托盤(pán)中央。用伸縮桿做托盤(pán)下方的支撐桿,便于根據(jù)實(shí)驗(yàn)者的身高來(lái)調(diào)節(jié)酒杯的高度。在酒杯中放一根吸管,用于觀察酒杯的振動(dòng)情況,以便調(diào)節(jié)自己的發(fā)聲頻率。如果具備有較豐富的碎杯經(jīng)驗(yàn),酒杯中也可以不放吸管,可通過(guò)耳聽(tīng)酒杯的共鳴聲來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)聲頻率。為了安全起見(jiàn),實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)戴上護(hù)目鏡。

        圖2

        另一種持杯方式為戴上護(hù)目鏡和手套,一只手拿住酒杯的杯梗,使酒杯豎立或平躺在人口的前方。注意,手套不要與杯壁接觸,防止阻礙杯身的振動(dòng)。酒杯下方準(zhǔn)備一只紙板箱,用于收集玻璃碎片。

        (2) 徒口發(fā)聲

        把口腔張開(kāi)成“O”形,上、下嘴唇盡量靠近杯口側(cè)面。為了集中聲波能量于杯壁,如果是手持酒杯,使之豎立,上嘴唇應(yīng)不高于杯口邊緣(圖3);如果是手持酒杯,使之平躺放置,上、下嘴唇的側(cè)面都應(yīng)靠近杯壁處,不要超出杯口邊緣。

        圖3

        大聲發(fā)“e”的聲音,讓聲波撞擊杯壁。同時(shí),觀察杯中吸管有無(wú)振動(dòng),耳聽(tīng)酒杯有無(wú)共鳴聲。以此來(lái)調(diào)整聲帶的松緊程度,控制合適的聲音頻率,使其非常接近或等于酒杯的固有頻率。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到100dB以上,發(fā)聲頻率非常接近或等于杯子的固有頻率時(shí),酒杯便發(fā)生共振而破碎。

        (3) 經(jīng)常練習(xí)

        為了做好徒口聲碎酒杯實(shí)驗(yàn),要堅(jiān)持經(jīng)常練習(xí),在練習(xí)中,可用手機(jī)上的“聲音分析儀”測(cè)出酒杯的固有頻率,然后發(fā)聲吼酒杯,并不時(shí)地觀看手機(jī)上“聲音分析儀”測(cè)得的發(fā)聲頻率,如有偏差,及時(shí)調(diào)整發(fā)聲頻率。在練習(xí)過(guò)程中總結(jié)實(shí)驗(yàn)成敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),不斷提升自己掌控發(fā)聲頻率的能力。

        5 結(jié)語(yǔ)

        徒口聲碎酒杯是一個(gè)挑戰(zhàn)性很強(qiáng)的共振實(shí)驗(yàn),對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō),不能急于求成,雖有一定的難度,但也不要因?yàn)閷W(xué)習(xí)之初不能碎杯而放棄,堅(jiān)信自己一定具備碎杯的潛在能力,堅(jiān)持練習(xí),把自己的潛能釋放出來(lái),實(shí)驗(yàn)一定能做成功。

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