装水啤酒瓶发声振动体的探究
初二物理实验(苏科版)中有一个小实验自制水瓶琴：用八只相同啤酒瓶，分别装入不同量的水，用筷子敲击，会听到不http://wWW.LWlm.CoM同的声音，并能演奏一曲美妙的乐曲。有经验的人冲开水时听声音就知道水瓶中的水是否满了。那麼，这两种声音是靠什麼振动发出来了?是空气柱的振动还是水的振动?学生感到疑惑。下面让学生设计一组实验来探究振动体究竟是什麼。
探究一 声音产生的原因是不是瓶内空气振动? 设计与实验 (1)在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验结果是：两个瓶子发出声音的音调明显不同，灌装入水的瓶发出的声音音调较高，灌装入泥沙的瓶发出的声音音调较低。 (2)当改变实验做法，不使用筷子敲击啤酒瓶发声，改用嘴分别对着两个瓶口吹气发声。实验结果：两个瓶子发出声音的音调大致相同。 分析与论证 两个瓶中空气柱的长度是一样的，如果声音产生的原因是空气柱的振动，那麼，用筷子分别敲击两个啤酒瓶时，它们发出声音的音调应该大致相同，现在它们发出声音的音调明显不同，说明刚才实验中听到的声音不是瓶中空气柱发出的，而是另有发声物体，是别的发声体在发出的不同音调的声音。 用嘴分别对着瓶口吹气，这种情况下的发声体应该是瓶中空气柱，两个瓶中空气柱的长度一样，两个瓶子发出声音的音调大致相同。 分析上述探究实验的结果，可以得出结论：当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内空气的振动。 探究二 探究声音产生的原因是不是瓶内水振动。 设计与实验 (1)在啤酒瓶中灌装入水，比较用筷子敲击啤酒瓶发出的声音和用手摇晃酒瓶发出的声音，实验结果是：用手摇晃酒瓶时瓶中水振动厉害，但发出的声音一点不象用筷子敲击啤酒瓶发出一的声音，很明显两次发声来源于不同发声体。 (2)另一方面，进行如下比较实验。用筷子敲击空啤酒瓶和用筷子敲击装有水的啤酒瓶，发出的声音 的音色大体相同，只是音调明显不同，具体情况是空啤酒瓶发出的声音音调较高，装入水的啤酒瓶发出的声音音调较低。 分析上述探究实验得出结论：当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内水振动，应是瓶子的振动。 综合上述探究实验的结果得出的总结论：当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内空气振动，也不是瓶内水振动，应该是瓶子的振动。 探究三 探究用筷子敲击瓶子时，决定产生声音音调的因素。 设计与实验 (1)在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验现象：灌装入水的瓶发出的声音音调较高，灌装入泥沙的瓶发出的声音音调较低。 (2)在两个啤酒瓶中灌装入不同高度的水，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验现象：装水较少的瓶发出的声音音调较高，灌装水较多的瓶发出的声音音调较低。 分析与论证 根据前面探究实验的结论，当用筷子敲击瓶子时，声音产生的原因是瓶子的振动，在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，水的质量小于泥沙的质量，用筷子敲击瓶子时，水与瓶子的挤压作用相对泥沙与瓶子的挤压作用而言，水与瓶子的挤压作用较小，因而装水的瓶子较易振动，振动较快，振动频率高，瓶子的振动发出声音的音调较高；反之，泥沙对瓶子的挤压作用较大，瓶子较难振动，振动较慢，振动频率低，瓶子的振动发出声音的音调较低。同理，在两个啤酒瓶中灌装入不同高度的水，用筷子敲击瓶子时，装水少瓶子中水的质量小，瓶子水对瓶http://wWW.LWlm.CoM子的挤压作用较小，瓶子较易振动，振动较快，振动频率高，瓶子的振动发出声音的音调较高；反之，装水多的瓶子中水的质量大，水对瓶子的挤压作用较大，瓶子较难振动，振动较慢，振动频率低，瓶子的振动发出声音的音调较低。 冲开水时听声音就知道水瓶中的水是否满了，是水瓶中的水位上涨，使上方空气柱振动越来越快，音调变高。装入不同量水的啤酒瓶，用筷子敲击，是瓶子的振动，水质量大的振动慢，音调低。如改为用嘴吹啤酒瓶口，是空气柱的振动，空气柱越短振动越快，音调越高。 通过学生实验不仅仅培养了他们动手实验的能力，也让他们学会科学探究，遇到物理问题能自己通过实验解决，也可培养他们实事求是的科学精神。也可让学生们回家用玻璃茶杯进行探究，看结论是否相同。