探索聲音的奧秘
2024-02-17 11:10:48中南大學(xué)第一附屬小學(xué)李晨熙
發(fā)明與創(chuàng)新 2024年1期
◎中南大學(xué)第一附屬小學(xué) 李晨熙
一次，我在戶外玩耍時(shí)抓到了一只蟬。我發(fā)現(xiàn)蟬不是從嘴巴發(fā)出聲音，而是通過腹部鼓膜的振動(dòng)發(fā)出聲音。那么，所有的物體都是通過振動(dòng)發(fā)出聲音嗎？聲音大小和什么有關(guān)？聲音還有哪些奧秘呢？
一、探究發(fā)聲的原理
（一）探究人體的發(fā)聲
將手輕輕地放在喉嚨處，然后張大嘴巴“啊”，如圖1，我的手感受到了喉嚨的振動(dòng)。
（二）探究物體的發(fā)聲
實(shí)驗(yàn)材料：
紙杯、橡皮筋。
實(shí)驗(yàn)步驟：
1.將橡皮筋套在紙杯上，如圖2。
圖2
2.用手撥動(dòng)橡皮筋，我看到橡皮筋在振動(dòng)，也聽到了聲音。
3.當(dāng)橡皮筋停止振動(dòng)時(shí)，聲音也停止了。
我還借用實(shí)驗(yàn)室的高速攝像機(jī)，記錄敲門、敲鼓時(shí)門表面和鼓面的變化。通過慢放視頻，我清晰地看到了鼓面和門表面細(xì)微的振動(dòng)。于是，我得出結(jié)論：聲音由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，振動(dòng)停止，聲音也會(huì)停止。
二、探究聲音高低的秘密
橡皮筋、鼓都是通過振動(dòng)發(fā)出聲音，但每種聲音聽起來都有所不同。當(dāng)我撥動(dòng)吉他的琴弦時(shí)，我發(fā)現(xiàn)即使是同一根琴弦，按壓的位置不同，發(fā)出的聲音也不同。那么，吉他聲音的高低和什么有關(guān)呢？
實(shí)驗(yàn)材料：
橡皮筋、木板、尺子，如圖3。
圖3
實(shí)驗(yàn)步驟：
1.將木板裁切后組裝成一個(gè)簡(jiǎn)易的琴弦架，用橡皮筋當(dāng)作琴弦，如圖4。
圖4
2.左右移動(dòng)豎立著的木頭，撥動(dòng)右側(cè)的橡皮筋。我發(fā)現(xiàn)木頭越靠近左邊，聲音越低沉；木頭越靠近右邊，聲音越高揚(yáng)。
3.將豎立著的木頭固定，讓橡皮筋放松一些，再次撥動(dòng)橡皮筋，我發(fā)現(xiàn)聲音較放松前低沉。
4.更換不同粗細(xì)的橡皮筋后再撥動(dòng)琴弦，我發(fā)現(xiàn)聲音也有所不同。
由此看來，影響聲音高低的因素有很多，這些因素有什么共同特征嗎？我通過高速攝像機(jī)觀察，發(fā)現(xiàn)橡皮筋的長(zhǎng)度、松緊、粗細(xì)都會(huì)影響每分鐘的振動(dòng)次數(shù)，即振動(dòng)頻率。于是，我得出結(jié)論：聲音的高低與物體的振動(dòng)頻率有關(guān)，振動(dòng)頻率越低，聲音越低沉，反之亦然。
三、探究聲音的共鳴
我發(fā)現(xiàn)吉他、小提琴的“身體”都比較大，琴箱里有很大的剩余空間，為什么要做一個(gè)這么大的“空箱子”呢？
實(shí)驗(yàn)材料：
棉繩、彈簧、牙簽、紙杯，如圖5。
圖5
實(shí)驗(yàn)步驟：
1.將棉線繃直后放在耳邊，如圖6，輕輕撥動(dòng)棉線會(huì)聽到細(xì)細(xì)的聲音。
圖6
2.在棉線的一頭系上小段牙簽，在紙杯底部鉆一個(gè)孔，將棉線的另一頭穿過小孔，如圖7。這樣就相當(dāng)于給棉線加了一個(gè)“空箱子”。
3.再次撥動(dòng)繃直的棉線，如圖8，我發(fā)現(xiàn)這次聽到的聲音變大了。
圖8
4.將彈簧拉長(zhǎng)，輕輕撥動(dòng)彈簧，會(huì)聽到輕微的聲響。
5.將彈簧的一頭固定在紙杯底部，再次撥動(dòng)拉長(zhǎng)的彈簧，我聽到了清晰的聲音，如圖9。
圖9
我發(fā)現(xiàn)聲音經(jīng)過“空箱子”后會(huì)被放大，這是什么原因呢？通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)觀察，我發(fā)現(xiàn)棉線和彈簧振動(dòng)時(shí)，會(huì)將振動(dòng)傳遞到紙杯壁面，引起杯內(nèi)空氣一起振動(dòng)。查找資料后，我了解到這就是聲音的共鳴，樂器的“空箱子”也叫“共鳴箱”。
四、探究聲控?zé)舻墓ぷ髟?/h2>
我家是樓梯房，晚上走在樓梯間時(shí)，燈泡“聽”到我的聲音就會(huì)自動(dòng)亮起。我很好奇，聲音如何控制燈泡呢？
查找資料后，我了解到聲控開關(guān)包括電路板和聲音接收器，電路板能將聲音振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而控制電路的通斷。我購(gòu)買了一個(gè)聲控開關(guān)，將其拆解后，找到了聲音接收器—— 一個(gè)有黑色絨布的小圓柱，如圖10。
圖10
實(shí)驗(yàn)材料：
電池、聲控開關(guān)、燈帶，如圖11。
圖11
實(shí)驗(yàn)步驟：
1.將電池、聲控開關(guān)、燈帶的電路連接起來，如圖12。
圖12
圖13
2.我大喊一聲后，燈帶亮起。聲音停止幾秒后，燈帶自動(dòng)熄滅。
經(jīng)過多次測(cè)試，我發(fā)現(xiàn)在一定距離內(nèi)，聲音確實(shí)可以通過聲音接收器、電路板控制燈的開與關(guān)。
經(jīng)過一段時(shí)間的探索，我知道了聲音由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，振動(dòng)停止，聲音就會(huì)停止；物體的振動(dòng)頻率決定聲音的高低，振動(dòng)頻率越高，聲音越高；物體的振動(dòng)可以引起共鳴，從而將聲音放大；振動(dòng)發(fā)聲的原理可以應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，給人們帶來便利。
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