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圖/文 科普時報記者 吳 桐
陳征授課現場
5月29日下午，在北京市第五十七中學（以下簡稱“五十七中”）的物理實驗室，氣氛格外熱烈。繼劉嘉麒院士之后，五十七中科技周活動又迎來了一位重量級嘉賓——北京交通大學副教授、“天宮課堂”授課專家組成員陳征。在這場主題為“聽覺、音樂與物理”的課程中，他為初二（八）班的同學們帶來一場別開生面的音樂物理課，把五音六律中的科學娓娓道來。
課程一開場，陳征就拿出一個特斯拉線圈，連上手機后，它居然一邊放電一邊“唱”起了《新年好》，引得同學們忍不住起身圍觀。隨后，他又播放了一段視頻，一輛汽車正在路上行駛，看似平平無奇，但輪胎發出的聲音竟然是《歡樂頌》的旋律。
“哇哦，好神奇好有趣！為什么會這樣呢？”同學們的好奇心一下就被激發了。但陳征并沒有立刻揭曉答案，而是從基礎的知識點講起。“聽覺有物理的部分，還有生理的部分。”陳征講解道，在物理層面上，聲音是由聲源的振動產生，在空氣、水和金屬等介質中傳播的機械波。而在生理層面，并不是所有傳入耳朵的振動都能引起聽覺。一般認為，人類能聽到的振動頻率在20—20000赫茲之間，“低于20赫茲的稱為‘次聲’，高于20000赫茲的就是‘超聲’。”不過陳征說，實際上，通常人們能聽到的范圍要比這個范圍更窄。說完，他拿出手機，通過播放不同振動頻率的聲音測試大家的聽力——到了大約17000赫茲頻率，全場就沒有人能聽到了。
什么是“三分損益法”和“十二平均律”？由宮、商、角、徵、羽組成的五音是如何確定的？在了解了聲音的基本物理常識后，陳征進一步帶領同學們探究了音樂背后隱藏的科學知識，了解了樂理與數學、物理之間的關系。
在完成了理論知識的鋪墊后，陳征才把話題拉回課程最開始展示的兩個神奇的聲音現象。“特斯拉線圈是一種可以擊穿空氣放電的變壓器，那么如何能讓它‘唱歌’呢？”陳征解釋，能夠奏樂的特斯拉線圈是在其原有基礎上加了一個滅弧器，使線圈不再連續通電，而是以一定的頻率間歇通電，每一次通電形成閃電時都會發出“啪”的一聲。這樣一來，通過調節通電的頻率，就可以控制“啪”的頻率來演奏音樂。“能演奏《歡樂頌》的汽車也是同樣的道理，只不過在這個案例中，通電的頻率換成了輪胎和路面之間摩擦的頻率。”
對于剛接觸物理學的初二學生來說，完全理解和掌握這些知識還具有挑戰性，但在聆聽了陳征深入淺出、生動活潑的課程后，同學們展現出了對物理學的強烈興趣。
課程最后，陳征還拿出一個自制的排簫，為同學們帶來一場“謝幕演出”，引起了同學們熱烈的歡呼和鼓掌。“這是我用家附近商店里買的塑料水管做的，制作原理是‘三分損益法’。所以，學好物理，萬物皆可成樂器。”緊接著，意猶未盡的同學們還向陳征提出了各種問題，如果不是下堂課的鈴聲響起，這場熱烈的討論還會持續很久。
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