用熱水瓶做兩個聲實驗手工科學實驗教程
雖説現在很多家庭有了飲水機,但熱水瓶的使用還是很普遍的,現在我們用熱水瓶做兩個與聲有關的有趣的實驗。
把耳朵貼在空熱水瓶的瓶口上,你就會聽到嗡嗡的聲音。以前許多老人到市場去買熱水瓶的時候,常常這樣做,據説這樣可以鑑別熱水瓶保温性能的好壞(這當然是不正確的)。實際上,這是一種共鳴現象。
在我們的周圍總是有各種各樣的聲音,由於這些聲音比較微弱,我們常常察覺不到。如果某些聲音和熱水瓶發生共鳴,聲音就被放大了。這種聲音和熱水瓶的質量是沒有什麼關係的。把茶杯、飯碗、玻璃杯等器皿的口貼在耳朵上都會聽到聲音,但是聲音的高低不同。你可以用兩隻耳朵對不同的器皿進行仔細的比較,就會發現器皿小,發出的聲音音調就略高一點。這裏面有一個規律,就是器皿裏的空氣柱越長,發出的音調越低。換句話説,音調低的聲音和長空氣柱發生共鳴,不同的音調對應着不同長度的空氣柱。
古代我國曾經用空氣柱的長度來校準各地方的尺子,以防止貪官污吏大尺收税小尺上繳。官府做了一個9寸長,一定粗細的管子,叫黃鐘律管,作為尺長的標準。各地如法翻造。檢查地方官吏是否偽造尺子的時候,只要將標準律管吹響,看看另一個律管是否共鳴就可以。這種檢查十分嚴格,因為律管差一點就不會產生共鳴。
另一個實驗是你天天都做過的,就是向熱水瓶中灌開水。一般説來,任何人都能憑灌水所發出的聲音來判斷水是不是灌滿了。
想一想,為什麼灌的時候,聲音的高低發生變化呢?灌熱水瓶的時候,水攪動了瓶內的空氣,使空氣振動發出聲音,和吹瓶子一樣,空氣柱越長髮出的聲音越低。隨着水面的升高,瓶內空氣柱不斷地減少,音調也就跟着升高,當你聽到聲調升高到一定程度的時候,就知道熱水瓶已經灌滿了。
實際上,灌開水的時候,不僅聲音的音調發生了改變,聲音的響度也變了,剛開始時響度大,快滿時,響度小。有人説,這是因為剛開始時從瓶口倒下的開水離水面較高,使水的振幅大,激起瓶內空氣的振幅大,所以響度大。這只是其中一個方面,但不是最主要的。主要原因是,剛開始時,瓶內的水少,瓶內的空氣就多,這些空氣起共鳴的作用,也就是聲音被放大了。隨着瓶內的水越來越多,瓶內的空氣就越來越少,聲音被放大的程度越來越小了。吉他、二胡等樂器都有一個用木材做成的箱子,叫共鳴箱,它們共鳴箱的大小是不一樣的。
選自:《初中物理自制教具》
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