关于“瓶子”音调的两个问题 瓶子装水音调
时间：2019-02-02 03:18:43 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
初中物理教师在教学过程中常常会碰到这类题目：� 题目 如图1所示，相同的瓶子里装入了不同的水量，用棒敲击瓶子时，可发出不同音高。那么发出的声音音调从左至右是________，发声体是________。�
因为许多参考资料给出的答案和解释不尽相同，于是笔者决定用实验的方法来探求答案。通过实验，笔者基本探明了装有不同体积水的瓶子的发声规律，并且觉得有必要就“瓶子”的音调的两个问题做一些讨论。��
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1 敲击“瓶子”的不同位置，声音的音调是变化的�
1.1 实验过程�
为了取得实验的数据，进行定量的分析，实验中采用了一款虚拟示波器软件，利用它可以实时的采集声音的频率的数据，以便分析音调的变化规律。�
实验之前，笔者首先考虑到，如果从左至右依次敲击各个瓶子，会出现音调逐渐升高，或者逐渐降低的规律的话，应该有一个隐含的条件，那就是敲击同一个瓶子的不同部位时，瓶子所发出的声音的音调应该是不变化的。否则，音调从左至右将无规律可言。所以笔者首先做的实验是来探究：敲击瓶子的不同部位时，声音的频率是否发生变化。实验中，笔者敲击的是啤酒瓶，先在瓶子的五个不同的位置分别做了记号，如图2所示。在装有相同体积水时，分别敲击这五点，来观察音调的变化情况。实验数据如表1所示。�
1.2 分析与讨论�
由表中数据我们可以看到，敲击瓶子的不同部位时，声音的频率是变化的，也就是音调是变化的。我们可以看到，1、2、3三点的频率是相同的，它们又跟4、5两点的频率各不相同。观察这五点的位置，可以发现，1、2、3三点处于瓶子的下半部分，瓶子下面是规则的圆柱体，而4、5两点分别处于瓶颈处和瓶口附近处。在形状上，这三个部位发生了明显的变化，从而影响了声音的频率和音调。所以笔者认为，文章开头提到的这类题目，应该首先强调敲击的是瓶子的同一个部位。�
近一步分析表中的数据，当敲击的是瓶子的同一部位时，随着水量的增加，声音的频率是在降低的，也就是音调在降低。�
1.3 拓展�
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受以上实验的启发，笔者试着得出这样的结论：如果装水容器由上至下在形状上发生明显变化的话，那么敲击它的不同部位发出的声音的音调是不同的。为了证明此结论，笔者又利用圆底烧瓶和玻璃杯（形状如图3、图4所示）做了类似的实验。实验数据如表2、表3所示。�
分析上面两表的数据，圆底烧瓶上的1、2两点处于下面的球体部分，它们的频率相同。3、4两点处于上面的圆柱体部分，它们的频率也相同。而这两个部位的发声频率是不相同的。玻璃杯因为从上至下形状没有发生变化，所以频率不变。至此，笔者认为，以上得出的结论应该是正确的。�
2 敲击装水的瓶子发出的声音并不是单单由水柱振动而引起的�
在参考相关论文的时候，笔者发现有作者提到：敲击装水的瓶子时，是水柱振动发声，瓶子装水越少，音调越高；瓶子装水越多，音调越低［1］。他的理论依据是：振动物体越长，振动越慢，频率越小，音调越低［1］。笔者是不同意以上的观点的。让我们看看下面这组实验数据。（实验中敲击的是啤酒瓶，敲打的部位是下面的圆柱体部分）�
如果仅仅是水柱振动发声，那么分析表中数据后，笔者产生了一个疑问。�
当空瓶和水深是1�cm�时，声音的频率都是3165�HZ�。空瓶的时候，发声体一定是瓶子。那么，当水柱是1�cm�的时候，发声体如果仅仅是水柱的话，1�cm�水柱发出的声音的频率和空瓶子发出的声音的频率会是一样的？而且各个深度声音的频率都和空瓶的频率相差不大。�
于是笔者找了一个跟啤酒瓶底面积几乎一样的装醋的瓶子做了相同的实验，实验数据如表5所示。�
分析表5的数据，当空瓶和水柱为1�cm时，频率都是2863HZ。如果单单是水柱发声，那么1cm水柱发出的声音的频率为何从3165HZ变为了2863HZ？2cm水柱发出的声音的频率为何从3154HZ变为了2842HZ�？其余各点也是如此。而且各个深度声音的频率也都跟空瓶时的频率相差不大。�
显然，仅仅是水柱振动发声是不对的。笔者认为，敲击装水的瓶子时，是瓶子和水一起振动发声的，正是由于瓶子的振动带动了水的振动，发声体应该是瓶子和水。之所以空瓶和水柱是1cm时频率相同，是因为它们频率相差很小，虚拟示波器软件的精度有限，不足以测量出这样微小的变化。�
那么如何解释水柱越长，声音的音调越高的问题呢？因为把瓶子和水看成了一个整体，所以不能用“发声体越长，振动越慢，频率越小，音调越低”这个理论来解释。其实道理也很简单，所谓“满瓶不动半瓶摇”。当把瓶子和水看成一个整体时，水量越多，整体振动的越慢，频率越小，音调越低；水量减少，整体振动的越快，频率越大，音调越高。�
参考文献：�
［1］刘登山,孙术法.瓶子的音调.物理教学探讨,2004,(7)
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