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用音乐点燃对物理的热情-天天快播报

时间:  2023-06-03 10:26:13   来源: 科普时报 


(资料图)

图/文 科普时报记者 吴 桐

陈征授课现场

5月29日下午,在北京市第五十七中学(以下简称“五十七中”)的物理实验室,气氛格外热烈。继刘嘉麒院士之后,五十七中科技周活动又迎来了一位重量级嘉宾——北京交通大学副教授、“天宫课堂”授课专家组成员陈征。在这场主题为“听觉、音乐与物理”的课程中,他为初二(八)班的同学们带来一场别开生面的音乐物理课,把五音六律中的科学娓娓道来。

课程一开场,陈征就拿出一个特斯拉线圈,连上手机后,它居然一边放电一边“唱”起了《新年好》,引得同学们忍不住起身围观。随后,他又播放了一段视频,一辆汽车正在路上行驶,看似平平无奇,但轮胎发出的声音竟然是《欢乐颂》的旋律。

“哇哦,好神奇好有趣!为什么会这样呢?”同学们的好奇心一下就被激发了。但陈征并没有立刻揭晓答案,而是从基础的知识点讲起。“听觉有物理的部分,还有生理的部分。”陈征讲解道,在物理层面上,声音是由声源的振动产生,在空气、水和金属等介质中传播的机械波。而在生理层面,并不是所有传入耳朵的振动都能引起听觉。一般认为,人类能听到的振动频率在20—20000赫兹之间,“低于20赫兹的称为‘次声’,高于20000赫兹的就是‘超声’。”不过陈征说,实际上,通常人们能听到的范围要比这个范围更窄。说完,他拿出手机,通过播放不同振动频率的声音测试大家的听力——到了大约17000赫兹频率,全场就没有人能听到了。

什么是“三分损益法”和“十二平均律”?由宫、商、角、徵、羽组成的五音是如何确定的?在了解了声音的基本物理常识后,陈征进一步带领同学们探究了音乐背后隐藏的科学知识,了解了乐理与数学、物理之间的关系。

在完成了理论知识的铺垫后,陈征才把话题拉回课程最开始展示的两个神奇的声音现象。“特斯拉线圈是一种可以击穿空气放电的变压器,那么如何能让它‘唱歌’呢?”陈征解释,能够奏乐的特斯拉线圈是在其原有基础上加了一个灭弧器,使线圈不再连续通电,而是以一定的频率间歇通电,每一次通电形成闪电时都会发出“啪”的一声。这样一来,通过调节通电的频率,就可以控制“啪”的频率来演奏音乐。“能演奏《欢乐颂》的汽车也是同样的道理,只不过在这个案例中,通电的频率换成了轮胎和路面之间摩擦的频率。”

对于刚接触物理学的初二学生来说,完全理解和掌握这些知识还具有挑战性,但在聆听了陈征深入浅出、生动活泼的课程后,同学们展现出了对物理学的强烈兴趣。

课程最后,陈征还拿出一个自制的排箫,为同学们带来一场“谢幕演出”,引起了同学们热烈的欢呼和鼓掌。“这是我用家附近商店里买的塑料水管做的,制作原理是‘三分损益法’。所以,学好物理,万物皆可成乐器。”紧接着,意犹未尽的同学们还向陈征提出了各种问题,如果不是下堂课的铃声响起,这场热烈的讨论还会持续很久。

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