声碎酒杯

朱向阳

(江西省信丰中学，江西 信丰 341600)

在高中物理的“共振”教学中，现场演示声碎高脚玻璃酒杯(下称酒杯)实验，学生会感到非常惊奇和不可思议。通过实验演示，能够引发学生的学习兴趣，使学生更好地理解“外力作用下的振动”的内容。

声碎酒杯实验主要有三种方法：(1) 利用音频信号发生器、功率放大器和高音头组合成音频驱动器来声碎酒杯；(2) 吹奏儿童玩具喇叭来声碎酒杯；(3) 直接徒口声碎酒杯。第1种方法实验的成功率高，但所需器材较多，第2、3种方法实验所需器材少，但要求教师要具备较高掌控发声频率的能力，下面交流笔者这几年练习徒口声碎酒杯的体会和方法。

1 声碎酒杯的原理

声音频率非常接近或等于酒杯的固有频率时，并且驱动力的声强达到100dB以上，酒杯会发生强烈的共振而使杯壁破碎。

2 选择合适的酒杯

限于大多数人的音域范围和声强，并不是任何酒杯都能被徒口吼破。所以，酒杯的选择要以自己能吼破为原则。根据笔者的经验，选择杯口附近壁部厚度约为0.8mm、固有频率为500～800Hz的酒杯比较合适。在这个频率段范围内，也应该根据个人自身的发声条件来选择合适的酒杯，笔者感觉吼破固有频率为700Hz左右的酒杯比吼破固有频率为500Hz左右的酒杯要更容易些。

3 测量酒杯的频率

要让声音频率非常接近或等于酒杯的固有频率，应该先测出酒杯的固有频率。对于初学者可在手机上下载“声音分析仪”测频软件(图1)。测量酒杯的固有频率时，一只手拿住杯梗(杯肚与杯座的细长连接体)，让酒杯靠近手机，另一只手的食指弹击杯口附近的壁部，使杯壁振动发声，便可测出酒杯的固有频率。在发声练习时，可看着手机屏幕的频率数值，控制自己的发声频率尽量稳定在酒杯的固有频率附近。

图1

4 实验过程

(1) 实验准备

如图2所示，用亚克力板、PVC片等材料制作一个放置酒杯和收集玻璃碎片的托盘，酒杯置于托盘中央。用伸缩杆做托盘下方的支撑杆，便于根据实验者的身高来调节酒杯的高度。在酒杯中放一根吸管，用于观察酒杯的振动情况，以便调节自己的发声频率。如果具备有较丰富的碎杯经验，酒杯中也可以不放吸管，可通过耳听酒杯的共鸣声来调节发声频率。为了安全起见，实验时还应戴上护目镜。

图2

另一种持杯方式为戴上护目镜和手套，一只手拿住酒杯的杯梗，使酒杯竖立或平躺在人口的前方。注意，手套不要与杯壁接触，防止阻碍杯身的振动。酒杯下方准备一只纸板箱，用于收集玻璃碎片。

(2) 徒口发声

把口腔张开成“O”形，上、下嘴唇尽量靠近杯口侧面。为了集中声波能量于杯壁，如果是手持酒杯，使之竖立，上嘴唇应不高于杯口边缘(图3)；如果是手持酒杯，使之平躺放置，上、下嘴唇的侧面都应靠近杯壁处，不要超出杯口边缘。

图3

大声发“e”的声音，让声波撞击杯壁。同时，观察杯中吸管有无振动，耳听酒杯有无共鸣声。以此来调整声带的松紧程度，控制合适的声音频率，使其非常接近或等于酒杯的固有频率。当声强达到100dB以上，发声频率非常接近或等于杯子的固有频率时,酒杯便发生共振而破碎。

(3) 经常练习

为了做好徒口声碎酒杯实验，要坚持经常练习，在练习中，可用手机上的“声音分析仪”测出酒杯的固有频率，然后发声吼酒杯，并不时地观看手机上“声音分析仪”测得的发声频率，如有偏差，及时调整发声频率。在练习过程中总结实验成败的经验教训，不断提升自己掌控发声频率的能力。

5 结语

徒口声碎酒杯是一个挑战性很强的共振实验，对于初学者来说，不能急于求成，虽有一定的难度，但也不要因为学习之初不能碎杯而放弃，坚信自己一定具备碎杯的潜在能力，坚持练习，把自己的潜能释放出来，实验一定能做成功。