巧用二胡做聲音共鳴實(shí)驗(yàn)

包烏云特古斯

摘 要：使二胡樂器與音叉發(fā)生共振關(guān)系，豐富物理實(shí)驗(yàn)室中關(guān)于共振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，營(yíng)造良好的課堂氣氛，獲得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：二胡；音叉；共振；電子校音器；教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）1-0061-2

在高職《物理》中《機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波》一章關(guān)于“聲音的共鳴”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，通常采用兩個(gè)頻率相同的音叉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，敲擊其中一支音叉后及時(shí)用手將其握住，觀察另一支音叉振動(dòng)發(fā)出的聲音，當(dāng)策動(dòng)力的頻率與第二個(gè)音叉的固有頻率正好相同時(shí)，第二個(gè)音叉發(fā)生振動(dòng)且振幅達(dá)到最大，這種現(xiàn)象叫做“共振”。例如：收音機(jī)調(diào)諧選臺(tái)，用音叉給弦樂器定音，運(yùn)動(dòng)員攀登雪山時(shí)不能大聲喊話，軍隊(duì)過橋時(shí)不允許邁著整齊的步伐等等，都與共振知識(shí)密不可分。為使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)共振知識(shí)的理解，筆者在教學(xué)中增設(shè)了巧用二胡做“聲音的共鳴”演示實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生觀察討論，取得了良好的教學(xué)效果。

1 準(zhǔn)備材料

中音二胡，440 Hz音叉，523.2 Hz音叉，共鳴箱，電子校音器，乒乓球，鐵架臺(tái)，橡皮槌，細(xì)棉線等。

2 實(shí)驗(yàn)原理

如圖1所示，二胡由琴筒、琴桿、琴頭、琴軸、千斤、琴馬、琴弓和琴弦等部分組成。

用琴弓來摩擦琴馬附近的弦時(shí)，弦產(chǎn)生振動(dòng)，緊張的弦通過琴馬將振動(dòng)傳遞給蟒皮（共鳴板）使其振動(dòng)。通過琴箱（共鳴箱）的放大作用，我們將聽到弦振動(dòng)而發(fā)出的聲音。二胡的音高主要是靠琴軸來調(diào)整的，即擰轉(zhuǎn)琴軸來繃緊或放松琴弦，緊則音高，松則音低。給二胡內(nèi)弦定音的方法是（如圖2所示）：將電子校音器的夾子夾在琴桿上，調(diào)整電子校音器顯示屏的角度以利于觀察。然后打開電子校音器的電源開關(guān)，將校音項(xiàng)目選12平均律的檔。旋動(dòng)內(nèi)弦的琴軸改變內(nèi)弦的松緊程度使琴弦發(fā)出的音調(diào)整為A（空弦振動(dòng)頻率調(diào)整為440 Hz，A為標(biāo)準(zhǔn)音），如果音偏低或音偏高時(shí)校音器顯示屏均呈現(xiàn)橙色背景。如果音準(zhǔn)時(shí)校音器顯示屏呈現(xiàn)綠色背景，調(diào)整音高時(shí)手持琴弓來回運(yùn)弓摩擦內(nèi)弦，同時(shí)旋動(dòng)內(nèi)琴軸調(diào)節(jié)琴弦的松緊度使校音器顯示屏呈現(xiàn)A字符綠色背景為止。然后取440 Hz的音叉放在二胡琴筒附近，用橡皮槌敲擊音叉時(shí)電子校音器顯示屏顯示A字符的綠色背景。實(shí)驗(yàn)時(shí)將音叉共鳴箱開口端正對(duì)著二胡琴琴筒的開口端，兩者相距2～5厘米。在音叉共鳴箱右側(cè)放置一個(gè)鐵架臺(tái)，鐵架臺(tái)橫梁上用細(xì)棉線懸掛一個(gè)乒乓球，使乒乓球在豎直方向上靜止時(shí)恰好?？吭谝舨娌婀勺钌隙?，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。當(dāng)內(nèi)弦振動(dòng)頻率保持在440 Hz時(shí)，音叉叉股將懸吊的乒乓球反復(fù)彈開，彈開幅度5厘米左右，同時(shí)我們聽見音叉發(fā)出的聲音。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分生動(dòng)。其原因是音叉的固有頻率與弦的振動(dòng)頻率相同，都是440 Hz。因此，發(fā)生了共振現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.利用電子校音器將二胡內(nèi)弦（空弦）的振動(dòng)頻率調(diào)到440.0 Hz，此時(shí)電子定音器的液晶顯示器顯示的字母為A并呈現(xiàn)綠色背景。

2. 將頻率為440.0 Hz的音叉放在二胡琴箱開口端正前方5厘米處，右手持琴弓摩擦內(nèi)弦使二胡發(fā)聲，觀察乒乓球的動(dòng)靜。

3.將頻率為440.0 Hz的音叉更換為頻率為523.2 Hz的音叉，同樣持琴弓摩擦內(nèi)弦使二胡發(fā)聲，觀察乒乓球的動(dòng)靜。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)步驟2中乒乓球發(fā)生反復(fù)跳躍的振動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明頻率為440.0 Hz的音叉與內(nèi)弦產(chǎn)生了共振現(xiàn)象。步驟3乒乓球始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)驗(yàn)證明頻率為523.2 Hz的音叉和內(nèi)弦沒有發(fā)生共振現(xiàn)象。兩種結(jié)果表明只有當(dāng)音叉的固有頻率與弦的振動(dòng)頻率相同時(shí)才會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

此實(shí)驗(yàn)取材容易、操作簡(jiǎn)單、生動(dòng)有趣、效果明顯，對(duì)于拓展學(xué)生共振方面的知識(shí)很有幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭衛(wèi)東.低成本物理實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2012，30（7）：1—4.

（欄目編輯 王柏廬）