物理爱好者

漫步云涧

电子琴的发音原理







电子琴既可以演奏不同的曲调，又可以发出强弱不同的声音，还可以模仿二胡、笛子、钢琴、黑管以及锣鼓等不同乐器的声音。那么，电子琴的发音原理是怎样的？

大家知道，当物体振动时，能够发出声音。振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。当按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。

电子琴的音量控制器，实质上是一个可调电阻器。当转动音量控制器旋扭时，可调电阻器的电阻就随着变化。电阻大小的变化，又会引起喇叭声音强弱的变化。所以转动音量控制旋扭时，电子琴发声的响度就随之变化。

当乐器发声时，除了发出某一频率的声音──基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音──谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。不同的乐器发出同一基音时，不仅谐音的数目不同，而且各谐音的响度也不同。因而使不同的乐器具有不同的音品。在电子琴里，除了有与基音对应的电装置外，还有与许多谐音对应的电装置，适当地选择不同的谐音电装置，就可以模仿出不同乐器的声音来。

漫步云涧

昆虫的嗡嗡声







为什么昆虫在飞的时候时常会发出嗡嗡声来呢？它们大多数是没有发出这个声音的特殊器官的；这个嗡嗡声是只有在昆虫飞行的时候才听得到，原因是昆虫飞行的时候，每秒钟都要振动它的小翅膀几百次。振动着的翅膀事实上就是振动着的膜片，而我们知道，所有振动得足够频繁的膜片（每秒钟振动数超过16次的），都会产生出一定高低的音调来。

人们是用什么方法知道各种昆虫飞行时候翅膀振动的次数的呢？这件事情很简单，只要从听觉上判定昆虫发出嗡嗡声的音调高低就行了。因为每一种音调都是跟一定的振动频率相当的。在“时间放大镜”的帮助之下，人们确定了各种昆虫的翅膀振动次数是几乎不变的；昆虫要调节它们的飞行，只是改变翅膀振动的大小就是“振幅”和翅膀的倾斜度；只在受到天冷的影响的时候才增加每秒钟振动翅膀的次数。正是因为这个缘故，昆虫在飞行的时候发出的音调总是不变的。

人们已经测定了，譬如说，苍蝇每秒钟振动翅膀352次。山蜂每秒钟振动翅膀220次。蜜蜂在空着身子飞的时候，每秒钟振动翅膀440次，如果带着蜜飞行，翅膀每秒钟只振动330次。甲虫飞行时候发出的音调比较低，两翅振动得比较慢。相反的，蚊子每秒钟要振动翅膀500～600次。为了使大家对于上面这一些数目有比较进一步的了解，让我来告诉你一个数目：飞机的螺旋桨，平均每秒钟只转25转。

漫步云涧

自来水管涉及的物理知识



河北省冀州市北内漳学校 李同心



物理知识与我们的生活密切相关，留心观察日常生活中随时发生的物理现象，分析探究其形成的原因，找出其中的规律，是十分重要的。下面谈一谈关于自来水管所涉及到的一些物理知识。

一、为什么水龙头一打开水就会流出？

原来，日常生活中来自水管的水大多数来自水塔，而水塔中的水是用高压泵把水压上去的。因此，水塔中的水面肯定比水龙头中的水面高出许多，水龙头与水塔构成了一个连通器，根据连通器原理，液面应相平，所以，一打开水龙头水便流出来了。

二、敲击水管，为何有时听到2次声音，有时听到3次声音？

大家都知道，声音在不同介质中传播速度不同。一般情况下，在固体中传播最快，如在钢铁中每秒传播5200米；其次，在液体中，如在水中每秒传播1500米；在空气中传播最慢，每秒仅能传播340米。可见，如果水管中无水，敲击水管另一端，传声介质是空气、水管，我们就可能听到2次声音。如果水管中有水，传声介质为空气、水、水管，我们就可能听到3次声音。我们也可以通过这种方法来判断水管中是否有水。

三、寒冷的冬天，有时打开水龙头，会发现一滴水也不能流出，有时水管还会被“冻裂”，为什么？

原来，水管的水受冷凝固形成冰，就一滴也不能流出了。由于水结冰质量不变，密度变小，体积变大，所以水管有时会被“冻裂”。我们可以在水管外部包上一层防冻塑料纸，不过最稳妥的办法是将水龙头打开一点点，让水慢慢地下滴，这样就不易结冰了。

四、寒冷的天气，用手触摸自来水金属管时，好像对手有一种“粘力”，这是何因？

原来，自来水的金属管是热的良导体，当用手接触它时，手上的热量被金属迅速吸收并传走，手表面皮肤层的水分会立即遇冷凝固，将手和自来水管“粘”在一起。

五、如何判断浴室中冷、热水管？

天冷了，我们去浴室洗澡时，会发现有一冷一热两个进水管。我们很想知道哪个是冷水管，哪个是热水管，用手直接触摸又怕被烫伤，该怎么办？事实上，细心的人会发现两支水管表面是不同的，其中一支表面上有一层水珠，另一支却没有，这又是什么原因呢？原来浴室中充满了大量温度较高的水蒸气，遇到冷水管便会液化成一层小水珠附在水管表面上，所以，“出汗”的水管便是冷水管了。

漫步云涧

听响声，辨裂缝



茹自青



  
　　小明买了一个新瓦盆，高兴地端给爸爸看。爸爸一只手托起瓦盆，另一只手轻轻一敲，肯定地说：“哦！这瓦盆有裂缝。”

　　小明：“是吗？裂缝在哪里？”

　　爸爸：“还没看到。”

　　小明：“那您是怎么知道的？”

　　爸爸：“我是由声音判定的。”

　　小明：“由听声音来判定可靠吗？”

　　爸爸：“听响声，辨裂缝，这个方法非常可靠。就是裂缝小到看不见，或者隐藏在里面，用这种方法，照样能够发现。”

　　小明：“怎样用听响声来辨裂缝呢？”

　　爸爸：“先用一只手托起瓦盆，然后用另一只手在瓦盆的不同部位轻轻敲击。要是发出清脆而悠扬的‘咚！咚！’声，瓦盆就是好的；要是发出沙哑而短促的‘沙，沙！’声，瓦盆上肯定有裂缝。”

　　小明：“这是什么道理呢？”

　　爸爸：“一切正在发声的物体都在振动，完好的瓦盆是一个整体，发出的声音单纯，又没有相互之间的摩擦，所以声音清脆而悠扬。有裂缝的瓦盆振动的时候，由于裂缝两侧发生摩擦，发出的声音就沙哑；摩擦消耗了能量，声音也就很短促。”

　　小明高兴地说：“噢！我明白了。那么，火车到站后，工人手拿锤子轻敲火车零件，也是用听响声的方法来检查零件的好坏吗？”

　　爸爸：“对呀！正是这样。现在有一种无损探伤法，叫做声发射探伤，就是先让零件发声，然后把声音信号经过处理，变成电信号或者光信号，最后用仪表或屏幕来显示有没有伤痕和伤痕的形状与位置。这种方法就更先进、更科学了。”

漫步云涧

谁先听到歌声？

茹自青

在一次物理课上，老师向同学们提出了这样一个问题：听众甲坐在北京音乐厅里，离演员17米，直接听演员演唱；听众乙在远离北京约120千米的天津，在收音机旁听现场转播。问甲乙二人谁先听到歌声？ 　　“甲先听到！”小虎不加思考地抢答道，“因为甲就在现场直接听演唱。” 　　“应该是乙先听到。”经过一番运算以后小明回答说。 　　老师：“小明，你能讲讲为什么吗？” 　　小明：“声音在空气里的传播速度约为340米／秒，甲听到歌声需要的时间 。电磁波的传播速度和光的传播速度一样，都是3×105千米／秒，从北京传到天津用的时间。所以是乙先听到歌声。” 　　老师高兴地说：“小明同学答得很好，咱们应当学会用已经掌握的知识来解答问题。现在我给大家留一个家庭作业：实际估计某一次闪电发生的地方离你有多远。” 　　后来，在一次雷雨天里，同学们紧张地看着手表，等待着闪电的到来。他们通过实际估算，都很有体会和兴趣。这次，小虎也不再想当然了，他做得很认真，还受到了老师的表扬。你知道他们是用什么方法估测的吗？

漫步云涧

电子琴发音的三个为什么

茹自青

电子琴是一种现代乐器。用它既可以演奏不同的曲调，又可以发出强弱不同的声音，还可以模仿二胡、笛子、钢琴、黑管以及锣鼓等不同乐器的声音。所以说，电子琴不愧为一种“万能”的新式乐器。 　　为什么电子琴能演奏出不同的音调呢？ 　　大家知道，当物体振动时，能够发出声音。振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧，管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。当我们按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。 　　为什么转动音量控制旋扭时，电子琴发声的响度就会变化呢？ 　　电子琴的音量控制器，实质上是一个可调电阻器。当转动音量控制器旋扭时，可调电阻器的电阻就随着变化。电阻大小的变化，又会引起喇叭声音强弱的变化。 　　为什么电子琴可以模仿不同乐器的声音呢？ 　　用二胡和笛子演奏同一曲调，即使声音的大小相同，但我们一听，就会分出哪个是二胡的声音，哪个是笛子的声音。这是因为它们发出声音的音品不同。当乐器发声时，除了发出某一频率的声音──基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音──谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。不同的乐器发出同一基音时，不仅谐音的数目不同，而且各谐音的响度也不同。因而使不同的乐器具有不同的音品。在电子琴里。除了有与基音对应的电装置外，还有与许多谐音对应的电装置，适当地选择不同的谐音电装置，就可以模仿出不同乐器的声音来。

漫步云涧

天坛公园的“声学三奇”

茹自青

北京的天坛，始建于1420年，原来为明清两代帝王祭天祈谷的场所，现在是供人民游览的公园。天坛公园的建筑独特，结构精巧，吸引着不少中外游客。特别是人称“声学三奇”的回音壁、三音石和圜丘，更使游人终生难忘。 　　回音壁（图2－2）位于天坛公园的中心稍偏南，它是皇穹宇四周的围墙。回音壁表面磨砖密砌，整齐平滑，是声波很好的反射面。一个人在回音壁内侧对着墙低声说话，由于声波经回音壁内表面多次反射（图2－3），另一人站在回音壁内侧的任意位置，都能清楚地听到说话声，而且几乎和面对面谈话一样。 　　三音石　位于回音壁的圆心上。从皇穹宇到回音壁大门的大路是一条用白色石块铺的路，三音石就是从皇穹宇数起的第三块铺路石。只要游人站在这块石头上拍一下掌，就可以听到三下掌声。这种特殊的声学现象是回音壁造成的。当拍掌声发出后，声波就沿半径传播，经回音壁反射后，又沿原半径返回，就形成第二下掌声（图2－4）；第二下掌声沿半径又传向回音壁，反射后又汇集到圆心，形成了第三下掌声。如果拍手的能量足够大时，还会出现第四下、第五下掌声……。 　　关于圜丘的声学特性，初中物理课本中已有介绍，这里就不重复了。