瓶子里盛水后敲击是什么在振动.doc

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1、瓶子里盛水后敲击，发音的物体是瓶子、水还是空气？水的多少如何影响音调？ 作者：phpcms 来源：教科版物理网在教科网上有读者留言：瓶子里盛水后敲击，发音的物体是瓶子、水还是空气？水的多少如何影响音调？针对这个问题，说说我的理解，也请大家一起讨论。 这个问题可能是源于如下的一个小实验——水编钟（在咱们的《物理学生活动手册  八年级上册》上有相关介绍）：物体发生振动，发出声音，通常源于外力的击打，比如敲鼓、击缶等等。敲击不同的物体，发出的声音不同（无论从音调上还是音色上都有所差别）。这是为什么呢？我们知道，对

2、于质点（这是一种物理对象模型，它对研究对象极度简化，看成一个仅有质量的点）来说，受到力的作用，运动状态会发生改变（动变静，静变动，快变慢，慢变快；运动方向变化）。一个发声的物体，它有形状、有体积，各部分的质量分布、劲度系数可能都不同，因此通常不能看成质点，往往看做弹性体。弹性体是一个质点系，在发生运动时，各个质点之间的相互作用会产生相互影响，相互约束。在振动过程中，这样的彼此约束会更明显。回到发声体振动的问题上。发声体在受到一个瞬间的冲量（比如敲击）作用时，因为自身的各种特性，以及各个质点之间的约束，是不能

3、以随意的频率振动的。它将以多大的频率运动，取决于体积、形状、材质等因素。物体形状多种多样，体积大小不同，材质各异，所以即使以完全相同的力作用于各种发声物体，发出的声音也可能有很大差异。以一种非常简单的发声体——弦为例，它的发声就可以千变万化。通常的弦呈细长状，两端固定（琴弦就是如此）。如果开始时弦静止，在一瞬间用力拨动它（随后不再施力），弦将做“自由振动”。通过数学计算可以发现，这种情况下弦将以一系列的频率振动，其中有基频、倍频。倍频是基频的1、2、3、4…整数倍。这些频率与弦的张力（绷得是否紧）、密度（材

4、质是什么）、弦长等有关。其中，弦越长，频率越低；密度越大，频率越低；张力越大，频率越高。初始时拨动的位置、拨动的力的大小决定了以不同频率振动的强度分布。也就是说，琴弦发声的音调决定于弦长、密度、张力等；音色、响度决定于拨动力、拨动位置等。以上结论来自弦的振动（发声），但是对于其他物体的振动发声有类比意义。对于盛水的瓶子来说，它不是弦，可以视作中空的梁（或者棒）；它也不是两端固定的，而是下端固定、上端自由的。通过分析我们可以发现从固定端到自由端的长度（暂时称为振动的“特征长度”）也是决定振动频率的一个因素：长

5、度越长，频率越低。往瓶子里注水，水位不断升高；由于水的密度比起空气大得多，振动能量在其中衰减得很快，可以认为盛水的这部分瓶体是被固定的。于是水位决定了振动的特征长度，决定了振动频率，也决定了发声的音调。最后，回答标题的问题：瓶子里盛水后敲击，瓶子振动发声；声往空气中传播形成声波；声也往水中传播，但是很快衰减。水的多少决定了瓶子振动部分的长度，将影响音调：水位越高，频率越大。由于振动是一种较为复杂的运动，物体的发声过程也不是一个简单过程（例如机械振动与声场间的耦合就是复杂的相互作用过程），以上的简化分析不一定

6、严谨，抛砖引玉，供大家参考。