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介绍

夏天是参加游行、聚会或庙会的好时机。这时候,你会被很多种声音围绕:烟火、音乐,当然还有著名(或不著名)的卡祖笛声!不管你喜不喜欢它们,这种小小的噪音制造者都是学习物理发声的最好方式。在这次活动中,你将通过制作卡祖笛来了解它的工作原理!

背景

卡祖笛是一个非常简单的乐器,用有一个洞的空心管制成。这个洞用一层膜盖住。因此当人们唱歌、说话或者向管子内吹气时就会产生一种嗡嗡的声音。人类制作和吹奏卡祖笛的历史非常久远。第一支卡祖笛以中空的骨头为笛身,以蜘蛛的卵囊为笛膜!

第 1 段(可获 2 积分)

尽管卡祖笛看起来像笛子或者单簧管,但是事实上它更像鼓。当演奏者唱歌、说话或者向开口端吹气时,他们的声带制造了一种可以穿过乐器的声波。当它们穿过乐器,一些声波就会被乐器壁反弹。这种方向的改变给演奏者的声音加入了谐波(取决于乐器的材料);然而,大多数声波触碰到膜,导致了震动。这些震动给声音加强了共振或者谐波,并创造了卡祖笛独特的嗡嗡声。

在这项活动中,你将会通过使用卡祖笛将你的声音传遍整个屋子。

材料

  • 空的硬纸管,像是空的纸巾或手纸筒
  • 塑料袋
  • 铝箔(方形的,大约4*4英寸)
  • 纸巾(方形的,大约4*4英寸)
  • 橡皮筋
  • 削过的铅笔
  • 剪刀
  • 一个成年助手

准备

  • 用剪刀剪出4*4英寸的塑料袋方块
第 2 段(可获 2 积分)

过程

  • 试着大声说几句话。拉长喊声,并倾听你的声音。这么喊“卡aaa-祖uuu!”留意你的声音听起来是怎样的。
  • 将硬纸管的一端靠近嘴巴,让它接触到你嘴部周围的皮肤,但是不会碰到嘴唇。 
  • 这样借助硬纸管,再试着大声说几句。拉长喊声,多喊几句。喊“卡aaa-祖uuu!” 当声音通过纸管时,留意你的声音。你的声音通过纸管时,有没有什么不同? 不同之处是什么?你说话时,能感觉到纸管的振动吗?
  • 将你从塑料袋上剪下的4*4英寸的塑料片覆盖住纸管的一端。使用橡皮筋把它绑牢。 
  • 将硬纸管没有密封的一端靠近嘴巴,再试着大声说几句。发出跟之前一样的声音。喊“卡aaa-祖uuu!” 纸管上有塑料片,声音听起来有没有不同?不同之处在哪里呢?
  • 请一位大人帮你,在纸管的中间位置,使用削尖的铅笔在纸管壁上戳一个洞。
  • 将硬纸管没有密封的一端靠近嘴巴,再试着大声说几句。发出跟之前一样的声音。喊“卡aaa-祖uuu!” 跟戳洞之前相比,声音有没有不同?不同之处是什么?当你说话时,试着用手指摁住或松开小洞。 
  • 当你通过纸管说话的时候,轻轻触碰覆盖住管子一端的塑料膜。 你能感觉到塑料膜的震动吗?当你在说话时,如果试着用力按住塑料膜,不让它震动,会发生什么?这样会使你听到的声音有所改变吗?
  • 将塑料膜从管子的一端拆下,换上准备好的铝箔片。 用橡皮筋固定到位。
  • 将硬纸管没有密封的一端靠近嘴巴,再试着大声说几句。发出跟之前一样的声音。喊“卡aaa-祖uuu!” 跟用塑料膜封住管子时相比,声音听起来有什么不同吗?如果确实不同,到底是哪里不同呢?
  • 就像你对塑料膜做的一样,这次在你说话的时候,轻轻触碰管子一端的铝箔片。你能感觉到铝箔在震动吗?当你在说话时,如果试着用力按住铝箔,不让它震动,会发生什么?这样会使你听到的声音发生变化吗?
  • 用纸巾封住纸管的另一端,重复本次实验。用不同的材料作覆盖时,留意声音听起来如何?
  • 补充:尝试不同大小的硬纸管。用不同尺寸的硬纸管时,留意声音有何不同。
  • 补充:试着在纸管上再戳几个洞。 当你对着纸管说话时,这会让你的声音听起来有所不同吗?
第 3 段(可获 2 积分)

观察和结果

在这项活动的每一步中,你都要改变管子的结构。你会发现随着每一次改变,你的声音也会改变。

在第一步中,当你通过管子说话时,你会发现你的声音更深厚或者有更多谐波。这是因为,当你说话、唱歌或向管中吹气时,一些声波会碰到管壁并反弹,改变了到达你耳朵的方向和时间。这加入了更多的谐波,而这种效果取决于你所用的材料。(柔软的材料将吸收声波,让这种声音变小。)

第 4 段(可获 2 积分)

在你把塑料袋套在管端后,你可能已经注意到与不套塑料袋相比,声音听起来会更沉闷。这是因为塑料袋等于一个屏障——阻止了声波的传递,在它传到你的耳朵的那段路,声波所夹带的能量慢慢消失。

当你在管上剪个小洞时,你可能已经注意到,这样会更容易听到自己的声音。声音听起来有放大和共振的感觉。这是因为在最后,塑料是作为一个膜,随着你的声音而振动。管中的洞降低了管内的压强,使空气(和声音)可以扩散开来,进入你的耳朵。当你用铝箔和纸巾重复这一活动,你可能会注意到,你的声音与用塑料袋的不同。这是因为无论是铝箔,还是纸巾都不是最为理想有效的膜。铝箔是不太灵活的塑料袋,所以它不能随着声波的运动而振动。因此,声音可能已经从铝箔上反弹掉了,不能以同样的方式实现声音的放大。与之相反,纸巾是一个更加无效的膜,因为它太多孔了。空气——以及声波都可以直接通过它而不引起振动。

第 5 段(可获 2 积分)

文章评论

雨天
@coyee ,第三段有点长,能再分分吗? :blush:
CY2
长的段落积分也多哦