动脑动手科学探究——用吸管做的一组声学实验

动脑动手科学探究——用吸管做的一组声学实验

作者：王玉哲文章来源：山东教育点击数：更新时间：3/20/2006

唢呐、管子、双簧管等有簧片（俗称哨子）的管乐器，其簧片大都是苇竹竿做成的。也有少数乐器使用其他材料做簧片。那么，用一只喝饮料用的塑料吸管能不能做成簧片呢？经过反复实验，我发现这是可能的。

实验一能发声的吸管

器材：喝饮料用的塑料吸管、剪刀。

实验：把吸管的一端用牙轻轻地咬平，用剪刀把咬平处的两个角剪掉，形成上下两片三角形的簧片。如图1所示

把吸管有簧片的一端放进嘴里，不要让它碰到牙、腮或舌头，练习通过吸管向外吹气。初次试吹，若吹不出声音来，可再轻轻地咬咬簧片，并用唾液使簧片软化。如果仍吹不出声，应齐根将三角形簧片剪掉，重新做一次，一定会成功的。

有簧片的吸管之所以能发声，是由于当向吸管吹气时，簧片在气流的作用下发生振动，簧片的振动又引起吸管内的空气柱振动，从而发出了声音。这是一切有簧片的乐器发声的基本原理。每次向这只吸管中吹气时，它总是发出同一个音调的声音。怎样才能使它发出另一个音调的声音呢？

我们都有这样的经验：管子越短的管乐器，发出的声音音调越高；越长的管乐器，发出的声音音调越低。

实验二音调的高低与管中空气柱的长短的关系

器材：能发声的吸管、剪刀。

实验：在向能发声的吸管中吹气时，它就发出一个音调一定的声音。用剪刀从吸管的另一端剪去约2cm，再试吹一下，音调变了吗？变高了？还是变低了？再剪掉2cm 呢？……

剪短了的吸管，发出的声音的音调变了，而且是变高了，再剪短一些，音调又变高了……这是由于吸管变短了，吸管内的空气柱就变短了，长短不同的空气柱振动的频率不同，发出的声音的音调就不同。较短的空气柱振动的频率较高，发出的声音的音调就较高。实验中，簧片未变，管长变了，其中的空气柱的长度变了，所以发出的声音音调就变了，由此可知，听到的声音是空气柱振动发出的。

那么，是否可以做成一只能发出一个全音音阶的吸管呢？

由实验二可知，要使吸管能发出一个全音音阶中的7个音,就需能使空气柱改变成7个特定的长度,也就是使吸管改变成7个特定的长度。

你注意过铜管乐队中长号（俗称“伸缩喇叭”或“柱管”）手演奏乐曲的情景吗？他是用拉长、缩短铜管的方法吹出音调高低不同的声音的。是否可以借鉴这一方法来实现我们的探究目标呢？

实验三能发出一个“全音音阶”的吸管

器材：内径相差甚小且能相互套起来的吸管、刻度尺、剪刀。

实验：在几只吸管中，很容易选出符合要求的吸管。将吸管A的一端做成簧片，管长12cm（不含簧片，下同），吸管B长10cm，吸管C长10cm，将A、B套在一起，组成长27.3cm的一根能发声的吸管。如图2所示。

如果把此时吹出的声音作为“do”，逐缩短吸管的长度，你会听到吹出的声音的音调逐渐升高，待到听到的声音为“re”时，记下管的长度为22.9cm继续缩短管的长度，可听到吹出的声音的音调又继续升高，待听到吹出的声音为“mi”时，记下管的长度为20.1cm依此类推，所得实验数据为下表所示。

尽管这只能伸缩的吸管能够发出一个全音音阶，但操作起来既费时又费力，极为不便。如何解决这个操作问题呢？我想，可以借鉴唢呐的构造和操作方法来解决这个问题。

实验四操作方便的能发出一个全音音阶的吸管

器材：长为27.3的能发声的吸管、刻度尺、铅笔、剪刀。

实验：将上表中的实验数据所确定的长度，用刻度尺!铅笔标记在吸管上，如图3所示。

用剪刀仔细地在每个所标位置上，沿图中虚线方向剪两下，在该处形成黄豆粒大小的孔。如果用手指盖住全部6个孔,吹出的声音为“do”，则按图3所示由右向左依次放开一个孔, 吹出的声音就将分别是“re”、“mi”、“fa”、“sol”、“la”和“si”这就是一只操作方便的能发出一个全音音阶的吸管。

当把所有的几个都盖住时，空气柱的长度最长，其振动频率最低，发出的声音音调最低。当把最左边的孔打开时，因为该孔为吸管中的空气的逃逸提供了一条捷径，该孔右边的那段管子相当于被截去，此时空气柱的长度最短，其振动频率最高，发出的声音的音调最高。当你要吹出某个音时，只需打开与其相应的x孔，而x孔左边的各孔仍被封盖着，此时管长于x孔左边的管长，其中的空气柱振动时所发出的声音，就是你要吹出的那个音了。

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