水瓶发声问题的探究
一、提出问题
在人教版物理教材《声现象》一章中，有一个“水瓶琴”的动手动脑的活动，其活动要探究的两个主要问题是：“声是如何产生的”及“决定音调高低的因素是什么”，在处理这个习题时，我没有告诉学生答案，而是拿出实验器材，引导学生探究以下几个问题：
1．敲瓶发声主要是什么物体震动产生的？
2．敲瓶发声的音调跟瓶内水的多少是什么关系？
3．随着瓶内水的增多，敲瓶发声的音调和吹瓶发声的音调变化又有何不同呢？
二、猜想
我将问题一一写在黑板上，引导学生对问题的答案进行猜想：
1．瓶子发声主要是什么物体震动产生的？学生提出的猜想有：A．瓶子震动；B．瓶内水震动；C．瓶内空气柱震动；D．瓶子、水、空气柱共同震动。
2．瓶子发声的音调跟瓶内水的多少是什么关系？学生提出猜想是：A．水越多，瓶子发出的声音音调超高；B．水越多，瓶子发出的声音音调越低；B．跟水的多少无关。
3．随着缩口瓶内水的增多，敲瓶发声的音调和吹瓶发声的音调变化又有何不同呢？大多数学生感到茫然，认为应该是一样的。
三、实验
问题有了，猜想也有了，答案到底是什么呢？
1．瓶子发声主要是什么物体震动产生的？是瓶子？是瓶内水？是瓶内空气柱？我们的手头有没有仪器可以用来辨别呢？没有！能用我们的眼睛看出来吗？能用我们的耳朵听出来吗？不能啊！能不能用排除法逐个排除呢？
学生甲：我们可以将瓶子装满水后用筷子敲击瓶子，若瓶子仍能发出声音，就可以将“瓶内空气柱震动发声”排除。
聪明！瓶内没有了空气，瓶子发声怎么能说是空气震动产生的呢！
学生乙：利用甲的方法，将瓶内水全部倒出后用筷子敲击瓶子，若瓶子仍能发出声音，就可以将“瓶内水震动发声”排除。
以此类推，你的数学一定很棒！
看来敲瓶发声，主要是瓶子的震动产生的。是不是瓶内空气柱和瓶内水就不随瓶子一起震动呢？当然不是！它们也会产生震动，但不是主要的发声体。
2．瓶子发声的音调跟瓶内水的多少是什么关系？是“水越多，瓶子发出的声音音调超高”？还是“水越多，瓶子发出的声音音调越低”？还是“跟水的多少无关”？用什么办法可以得到答案呢？能用上面的方法吗？
学生乙：我们可以用实验来验证！
怎么个验证法？你说我做好吗？
学生乙：先将8个空的啤酒瓶子放到桌子上一字摆开，再在瓶内注入不等量的水，从左到右，瓶内注入的水逐渐增多，最后用筷子从左到右依次敲击瓶口，同时用耳朵仔细听，就能辨别音调的高低。
多么清晰的表白！我为我有这样的学生而深感自豪！我提高了声音的分贝，说：我从左到右连续敲瓶口三遍，请同学们仔细听。
有了答案的请举手回答！话音刚落，每一个学生都举起了手。
音乐委员：依次敲击瓶口，瓶内的水越多，音调越低。
第二个问题已经解决，那么，第三个问题呢？
3．随着瓶内水的增多，敲瓶发声的音调和吹瓶发声的音调变化又有何不同呢？
学生丙：可以采用乙的方法，先将8个空的啤酒瓶子放到桌子上一字摆开，再在瓶内注入不等量的水，从左到右水越来越多，最后用嘴从左到右依次吹瓶口，同时用耳朵仔细听，就能辨别音调的高低。
OK，请你上台演示好吗？
吹瓶发声的音调跟水的多少是什么关系？班上的一位小歌手马上站了起来。
小歌手：吹瓶发声时，瓶内水越多，音调超高！
随着瓶内水的增多，敲瓶发声的音调变化和吹瓶发声的音调变化为什么相反呢？原来，敲瓶发声主要是瓶子本身震动产生的，音调的变化跟玻璃的长短、粗细有关；而吹瓶发声主要是瓶内空气柱震动产生的，音调的变化跟空气柱的长短有关。
可见，探究性的习题，一定要动手探究，才能得到准确的答案。
四、结论
1．敲瓶发声主要是瓶子本身震动产生的。
2．敲瓶发声的音调随着瓶内水的增多而变低。
3．随着瓶内水的增多，吹瓶发声的音调随着瓶内水的增多而变高。
五、应用
例1某同学用5只粗细相同而高矮不同的瓶子做如下实验：如图1所示，用嘴分别对着5只瓶口吹气，发现瓶子越高，发出的音调越低。由此现象，你认为：
（1）嘴对5只瓶口吹气，5只小瓶均发出声音的原因是什么？
（2）5只小瓶产生不同音调的原因是什么？
解析：首先明确本题中研究的对象是参与振动的瓶中的空气柱。而我们知道：一个物体质量越小、绷得越紧、长度越短、截面积越细，它的振动频率就越高，因而音调也就越高。按从左到右的顺序来看，参与振动的空气柱越来越短，因而音调越来越高。这种现象的一个应用就是吹笛子（如图2）。笛子能奏出不同音调的声音，就是由于吹气引起笛腔中空气柱振动。吹笛时，用手指堵住不同的笛孔来改变空气柱的长度，从而改变空气柱振动的快慢，进而改变音调的高低。
答案：（1）由瓶内空气柱的振动产生的。（2）由于空气柱的长短不同，空气柱振动的频率不同。
例2如图3，在几个相同的瓶子中，装有深度不同的水，当用筷子从左向右依次敲击各个瓶口时，发出声音的_________是不同的，并且是逐渐变_____，如果用嘴向瓶口吹气，则逐渐变_____。
解析：这是“音乐水杯”实验。敲击时，研究的对象是参与振动的瓶子和水柱。从左到右看，水柱的长度逐渐变长，因而频率降低，音调降低。而吹气时，研究的对象变为液面上方的空气柱，从左到右看，空气柱的长度越来越短，因而音调越来越高。
答案：音调低高
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