“水瓶琴”的音调与水量的关系质疑

     用一套相同的玻璃瓶子（或玻璃杯），只要适当地在每一个瓶子里盛上深浅不同的水，按水量的多少顺次排列，使它们组成一个完整的音阶，就能敲出悦耳动听的曲子来。故有“音乐瓶”、“水瓶琴”、“水杯编钟”之称。这个实验取材方便、操作简单、效果明显，非常适合初中学生在课外进行实验探究，《义务教育课程标准实验教科书—— 物理》在“声音的特性”一节的“动手动脑学物理”中就介绍了这个实验。教科书中这样写道：“8个相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲击它们，就能发出“1，2，3，4，5，6，7，і”的声音来”。并配有下图所示的图片。

图1. 3—8  水瓶琴

根据文字介绍和图片展示，笔者理解为：左边水最少的瓶子发出的声音音调最低，右边水最多的瓶子发出的声音音调最高，但本人在做这个实验时，听到声音的高低却正好相反。是笔者理解有误，还是实验用的瓶子有问题？换用各种不同的啤酒瓶、吊针瓶、白醋瓶、碗、杯子等进行实验，都得到相同的结论。由此看来：弄清楚敲瓶子时发出的声音主要是由瓶子和水振动产生还是由瓶中的空气柱振动产生的，才是正确解释实验现象的关键。于是笔者查阅了一些资料，然而同一实验却有两种截然不同的解释。

例如我市2002年发行的《物理素质教育导学》一书中对这一实验的解释是：“低音瓶中水较少，高音瓶中水较多。因为当水少时，水面上的空气柱较长，敲击时频率低则音调低；水多时空气柱较短，敲击时频率高则音调高”。

而上海人民出版社1970年9月出版发行的《十万个为什么》（2）对这个实验的解释为：“杯子所发出来的声音，主要是由于杯壁的振动。杯子的形状、大小虽然相同，但盛上深浅不同的水后，相当于改变了杯壁的质量，因此发出的音调也就不同。盛水越满，质量越大，音调也就越低”。

从互联网上反馈的的信息也不一样。例如有一篇题为《水杯编钟》的网络文章，对实验现象及过程描述如下：

（１）取相同的玻璃水杯(或瓶子)8个,排成一排,接着向每一个杯里倒水,水量一个比一个增多,然后手持小棍敲击这八个水杯,使水杯连同所盛的水振动发声,你将听到音调依次升高的八个声音。

　　（２）调节各个水杯中的水量,可使它们依次发出DO,RE,MI,FA,SO,LA,XI,DO的声音,这样水杯编钟就制成了.如图所示。

　　（３）水杯编钟的奥秘在于:相同的水杯盛水多少不同,它们的固有振动频率就各不相同,用小棍敲击时,就发出不同的乐音。

另有一篇题为《九人音乐会》的文章介绍说：“八只装有不同水量的玻璃瓶，用木棍敲击瓶子，瓶子会发出音调不同的声音，水量越多，音调越低，调整瓶内水位，就能演奏出1、2、3、4、5、6、7、1八个音调”。

同一实验，为何现象截然相反，解释也各不相同，笔者愿与同行共同探讨，并有望得到专家的指点。