從“敲花盆”說起

一、一個爭論多年的問題——“敲花盆”

日常生活中，有經驗的人在挑選花盆之類的生活用品時，為了判斷它是否有裂縫，往往要用手或借助于其他物體輕敲一下所選物品，用耳聽一下此時發出的聲音，人們便可判斷它是否有裂縫了.這一生活常識大家都知道，其中關鍵的問題是：既然是根據聲音來判斷它是否有裂縫，那么人們是主要根據聲音哪個特性呢？是音調還是音色，或是音調和音色的共同作用的結果呢？針對這一問題，我利用示波器做了一系列有關此問題的幾組實驗.

第一組實驗：

第一步，精選兩只規格和型號一樣的“500ml”的燒杯，盡管是精選，但兩只燒杯的質量和厚薄還是有一點點差異，因為兩只完全一樣的燒杯是找不到的.其中一只A杯完好無裂縫，另一只B杯有裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時發出的聲音，并要求他們根據所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結果他們的判斷與實際情況完全一致.同時，用示波器把敲擊這兩只燒杯時的相關信息記錄下來，如圖1和圖2所示.

從兩只燒杯被敲擊時發出聲音的頻率來看，A杯的發聲頻率為796Hz，B杯的發聲頻率為839Hz，這兩次的發聲頻率確實不同，音調當然也就不同了.多次實驗后的結果還是這樣.因此就得到結論：用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，主要根據聲音的音調.這樣的結論是否可靠呢？思考后我又做了第二組實驗.

第二組實驗：

第一步，選一只規格和型號與A杯一樣的“500ml”的燒杯C，但兩只燒杯的質量和厚薄的差異有點大，且C杯完好無裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時發出的聲音，并要求他們根據所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結果他們的判斷與實際情況完全一致.同時，用示波器把敲擊這兩只燒杯時的相關信息記錄下來，如圖3和圖4所示.

從兩只燒杯被敲擊時發出聲音的頻率來看，A杯的發聲頻率為796Hz，C杯的發聲頻率為732Hz，這兩次的發聲頻率確實不同，音調當然也就不同了.多次實驗后的結果還是這樣.這表明，發聲頻率不同的杯子不一定就有壞的.

事實上，我們在挑選花盆時，花盆的種類和規格多種多樣，有大有小、有重有輕，并且沒有一個標準樣品，也不可能一次只敲一個花盆.我們在敲不同的花盆時，它的發聲頻率可能都不一樣，但我們還是能把好與壞區分出來.這說明，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據聲音的音調.為了說明這一問題，可以做第三組實驗.

第三組實驗：

第一步，選兩只規格和型號不一樣的燒杯，其中一只D杯的型號是“250ml”，完好無裂縫，另一只E杯的型號是“100ml”，完好無裂縫.第二步，用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時發出的聲音，并要求他們根據所聽聲音來判斷它們是否有裂縫.結果他們的判斷與實際情況完全一致.同時，用示波器把敲擊這兩只燒杯時的相關信息記錄下來，如圖5和圖6所示.

通過以上一系列實驗，我們可以得出的結論是：發聲頻率不同的燒杯，有的是無裂縫的，也有的是有裂縫的；同樣是無裂縫的燒杯，它們的發聲頻率也會不同，甚至相差很大.由此可以斷定：用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據聲音的音調.那么，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，主要根據聲音的什么特性呢？我們只要分析一下這幾次實驗中所記錄下的波形，A、C、D、E這幾只完好無裂縫的燒杯發聲時聲波的波形基本上是一樣的“正弦波”波形，而有裂縫B杯發聲時聲波的波形與A、C、D、E這幾只燒杯發聲時聲波的波形相差很大.這說明，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據聲音的音調，而是主要根據聲音的音色.事實上，學生在選花盆這方面并沒有什么經驗，他們在判斷花盆是否有裂縫時，就是通過敲擊燒杯時，燒杯所發出的聲音是否好聽來判斷的.

二、由此引起的思考

有關“敲花盆”的問題，網上有100多個，回答（帖）就更多了.請看下列一例及網友的相關回帖.

問題：（來自蘇科物理網）

花匠在挑選花盆時，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，根據敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，他是主要根據聲音三個特性中的（ ）.

A.響度 B.音調 C.音色

回帖：（來自蘇科物理網）

解答1：B.音調.

理由：音調和音色都有，但目前大家比較認同的是音調.

解答2：B.音調.

理由：音色是由于物體的材料和結構的不同導致的，花盆壞了，它的結構肯定也改變了.因此音調和音色都有，但目前大家比較認同的是音調.

解答3：B.音調.

理由：花匠在挑選花盆時，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，根據敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，好的花盆和有裂縫的花盆發出的聲音的音調和音色都不相同，但是人耳對音調更為敏感！所以主要還是從音調加以判斷.

解答4：B.音調.

理由：大家意見真一致，那就是音調了.如果有其他朋友再問起這個問題，就把這個帖子打開讓他看看.呵呵.

解答5：C.音色.無分析和理由.

……

從以上的幾個回帖來看，我們不難發現：“空對空”者有之；“隨大流”者有之，就是沒有人去敲一下花盆，不“敲”的人就失去了發言權.

新的課程標準中明確要求：“在義務教育階段，物理課程不僅應該注重科學知識的傳授和技能的訓練，注重將物理科學的新成就及其對人類文明的影響等納入課程，而且還應重視對學生終身學習愿望、科學探究能力、創新意識以及科學精神的培養.”因此，學生在學習時要注重科學探究，老師在施教時更要注重科學探究，多做實驗.在遇到一些類似于“敲花盆”這類難點問題時，老師絕對不能僅僅根據自己的經驗和已有知識進行“空對空”地分析，也絕對不能“隨大流”和盲從權威，必要時要讓實驗來替我們說話.