用音乐点燃对物理的热情
2023-06-03 15:07:52 来源：科普时报
(资料图片仅供参考)
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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