【一等奖】畅游声的世界,倾听不凡的旋律
——探究声的产生与传播
渝中区重庆市杏林中学校 罗鸿靖
指导教师 谭娟娟
在这五彩缤纷、绚丽多彩的世界里夹杂着无数种的声,有噪杂的汽笛声,美妙的音乐声,轻声细语的说话声,同样也有严厉的责骂声……也正因如此,为世界增添了亮丽的一笔,构成了这样一个绘声绘色的缤纷世界。
我们每天都在声的世界中畅游,可是谁又真真切切的去了解过声呢?你知道声是怎么产生的吗?声是由于发生体振动产生的。可能你们会问为什么你知道是振动呢?难道你能看出来吗?的确,不是所有的物体振动都能用肉眼看出,但却可以通过实验进行验证。这个实验其实非常简单,运用了一种物理实验方法——转换法。
比如,想要知道桌子是怎样发出声音的。于是,我找到了一张课桌和一根笔芯进行实验。我把笔芯平放在水平桌面上。当我用手拍打桌面时,不仅听见了桌面发出的声音,还看见了桌面上的笔芯在跳动。笔芯已不再最初的位置了。这是因为桌面发出声音时在振动,同时带动了上面的笔芯振动,笔芯把这个振动放大到我们肉眼睛可以看到的程度。由此可知,声的产生是由发声体振动而发出的。再比如,我们电脑上的音响,当音响在发出声音时,我们用手去触摸音响的表面,也会明显的感觉得到音响在振动。所以声在生活中随处可听,只要有振动的地方就会有声。
那是不是只要发声体振动了,我们就一定能听到声呢?不是,就比如在太空,虽然有振动但是却不能听见声,航空员们只能通过无线电交谈,这是为什么呢?因为太空中空气稀薄,几近于真空环境,导致不能传播声音。那么,怎么证明这一猜想呢?真空的环境可不好找。
突然,我想到了一件好法宝:记得有一次,看见妈妈在整理冬天的衣服时,使用了一种收纳袋,把衣服装进收纳袋,密封完成后,妈妈便用抽气筒把袋里的空气抽了许多出来,明明很鼓的一个袋子瞬间变得很扁了。原来是把袋子中的大部分空气抽了出来,形成了一个收纳的效果。而这正是我所需要的近真空的环境啊!所以,我赶紧准备了实验需要的器材:一个真空收纳袋(配抽气筒),一个可以循环播放音乐的手机。之所以选择手机,是因为在发出声音时,手机屏幕可以显示,让我确信此时手机正在发声。
一切准备就绪后,我把正在播放音乐的手机放入充满空气的收纳袋,此时可以明显的听见手机里的音乐声一如平常。接下来我把收纳袋密封好,用抽气筒把收纳袋里面的空气一点点地抽出。眼看着空气已经抽的差不多了,收纳袋也有了明显的变形,手机也被收纳袋紧紧地裹住,可是声音却一点也没有小的迹象,依旧大如往常。这是为什么呢?难道我的猜想错了?难道书本的知识有误?难道真空可以传声?难道是因为收纳袋太大,空气不易抽干净?但是即便如此,声音也应该有很大的减弱吧?怎么会依然这样响亮呢?
苦苦思索未果的我,拿起收纳袋翻看,猛然间发现了缘由。原来,即使手机部分的空气被抽走了,但这却让手机的扬声器和收纳袋紧紧地贴在了一起。收纳袋是固体,固体也可以传声。所以第一次的实验以失败告终。即便如此,从不轻言放弃的我却毫不灰心,思索着更好的实验探究方案。
就在这时,桌上的一个小盒子引起了我的注意,不禁让我联想到:真空罩内的闹钟并没有碰到任何物体,只和空气接触。当把真空罩里的空气抽完,里面没有了传播声音的空气,闹钟发出的声音也就听不到了。那我是不是也能用这个小盒子模拟真空罩的环境呢?于是,我试着把手机头部放进了盒子,扬声器的一边由盒子支撑着悬空,并没有碰到盒子或收纳袋,所以扬声器的周围全是空气。随后我把装有音乐手机的盒子放在离抽气孔很近的地方,以便尽可能多而快的抽走扬声器周围的空气。然后,密封好收纳袋,继续用抽气筒抽出收纳袋中的空气。随着内部空气的减少,收纳袋渐渐收紧了,盒子也变紧了。令我惊喜的是:手机发出的音乐声也随之减弱。最后,只能听到很微弱的一点点音乐声。实验成功!由此可见,声的传播需要空气、固体,真空中不能传声。成功的喜悦让我停止了抽气,我打开进气阀,大量空气涌入收纳袋,收纳袋变得鼓鼓的,声音又增大得和原来一样了。
第二次实验完美收官!由这两次实验我得出结论:真空中不能传声。最终收纳袋中虽然不能完全没有声音,但这是因为收纳袋比较大,里面的空气无法完全抽净,导致空气残留在收纳袋中,以至于我们还会听到一点微弱的声音。这样也从侧面的说明了气体能够传声。
真空不能传声。声的传播需要物质,物理学中把这种传播声的物质叫做介质。隔墙有耳,说明固体可以传声;游泳时,在水里能听见声音,说明液体也可以传声……生活中这些常见的现象可以表明:声的传播需要介质,传声的介质既可以是固体、气体也可以是液体。而真空中不能传声。
但为什么产生并传播出来的声音,有些人还是不能听见呢?有的是因为我们的耳朵出了问题。耳朵中的鼓膜非常重要,外界传来的声音会引起鼓膜振动,然后产生的信号,经过听小骨及其他组织传递给听觉神经,最后传入大脑。但是一旦鼓膜破了,外界传来的声音就不会引起鼓膜振动,也不会传给听觉神经,所以就听不见声音了。
可是,音乐家贝多芬却让我甚是惊讶:他并不能听见声音,可是为什么还能创作出如此美妙的乐曲成为音乐家呢?于是,我在课本中找到了答案。这种方法叫做骨传导,原来牙齿、头骨、颌骨也有听觉神经,也能引起听觉。意志坚强的贝多芬就是用牙咬住木棒的一端,另一端顶在钢琴上来聆听自己演奏的琴声。
骨传导可以不用空气传声。为了验证这个方法,在同学的帮助下我也进行了尝试。我把自己耳朵堵住,模拟失聪的贝多芬。然后用牙咬住笔的一端,另一位同学敲击笔的另一端。令我欣喜的是,的确可以听见由笔振动而发出的声音,而且和我打开双耳听到的由空气传入的声音并不相同。这使我联想到,现在的助听器和耳机也是应用这个原理制成的。
物理是一门神奇的科学,与生活有着密不可分的联系。就让我们学好物理,仔细聆听由物理向导为我们讲述的“世界理史”,用不凡的旋律去畅游物理世界。
点评:敢于求证、乐于求真。用看似信手拈来的器材,求证看似遥不可及的科学。不畏困难、不惧失败,收获真知,走向成功。