什么是克拉尼图案？

克拉尼图形，又称“克拉德尼声音图案”，十九世纪，德国物理学家恩斯特·克拉德尼做过一个实验，在一个小提琴上安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，结果这些细沙自动排列成不同的美丽图案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率的不断增加，图案也不断变幻和越趋复杂——这就是著名的克拉尼图形。

克拉尼图形，又称“克拉德尼声音图案”，十九世纪，德国物理学家恩斯特·克拉德尼做过一个实验，在一个小提琴上安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，结果这些细沙自动排列成不同的美丽图案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率的不断增加，图案也不断变幻和越趋复杂——这就是著名的克拉尼图形。

国立台湾科学教育馆共有10层楼，以下作简单的主题介绍；

地下一楼：电脑益智教室、水世界、大地传说、虚拟地球村、3D动感**院、4D虚拟实境剧场；

一楼：服务台、礼品区、户外装置艺术－水之舞、科幻巨石阵、滚球机器、纺纱之风；

二楼：餐饮区－咖啡连锁店、速食连锁店以及露天咖啡座、纪念品贩卖区；

三楼：血液循环系统、口腔、身体的五大系统、敏捷性测试、大脑的功能、螺旋梯子、DNA介绍、遗传基因介绍、适者生存、触觉区；

四楼：森林、红树林、生物介绍、台湾生物物种介绍、生态足迹游戏区；

五楼：光的原色介绍、热气球原理、奈米世界画廊、火焰的花园、回转仪、共振百、第电路游戏、克拉尼图形；

六楼：麦比乌斯环、弦乐器的音阶、魔方阵、岩石触摸区、台湾地质介绍；

七至八楼：特展区；

九楼：图书馆、国际会议厅。

3D动感**院

国立台湾科学教育馆中最为特别的3D动感**院是一个全自动的动感模拟影院，采双人式液压动感座椅，座椅可与萤幕上的影象同步移动，让民众更能身历其境；3D动感**院会播放两部片子，一为疯狂太阳系，让民众在私人太空飞行座舱里经过月球、火星、金星、天王星、海王星及太阳，体验流星雨的情境，这段光速旅途秒秒都刺激著您的感官；另一步为3D玩具王国，故事主角是一个整天幻想著房间会成为游乐王国的小孩，终于有一天他的美梦成真，开始一段惊险刺激的旅途，让您感受坐在云霄飞车上，时时刻刻体验俯冲的快感。

4D虚拟实境剧场

高科技的4D虚拟实境剧场位于国立台湾科学教育馆地下1楼，采用先进逼真的4D环境特效立体影像技术，配合声、光、水雾…等环境特效系统，藉由座椅震动及立体眼镜辅助更能配合影片剧情，让民众体会4D的逼真度，未来会有4部影片拨映：蔚蓝国度－介绍海底世界的奥妙、恐龙总动

员－介绍古生物恐龙、星际任务－介绍宇宙与地球的形成以及寻找生命的起点、小兵立大功－介绍地底生物的特征。

——很多学生，甚至是家长觉得物理很让人恐惧。因为它不像英语，下功夫就一定有收获。的确，学物理需要下功夫，也需要恰当的方法。

——以前的教材只注重知识体系和正确性，不注重趣味和引导，部分导致了学生的抵触情绪；现在的教材借鉴国外同行经验，在趣味性、注重试验和实践、启发式教学等很多方面都进行了很好的尝试，但迫于应试教育的总框架，部分学生和家长转而变得无所适从了。

——其实，物理可以说是自然科学的急先锋，抛开其具体知识体系不说，仅仅是它的质疑精神，严谨而优美的思维方法就很值得我们学习，受益终生。

——我们这个系列，打算先对课本做个通读注解。作为家长，应该以身作则，通过观察、实验、思辩来给孩子解答疑惑，而不是死记硬背，或是眼睛只盯着分数，更不能不懂装懂，敷衍孩子。

《人教2012版 物理八年级上册》

——课本的开头是为了激发学习兴趣，提出了身边的一些有趣现象。

——这里，家长注意不要把这些小实验只想象一下了事，一定要陪孩子切实 玩 起来。

——可能有时候家长的困难是没有设备。您第一想到的是某宝？不！这正是历史上物理学先辈给我们示范过的，任何简陋设备的不足都可以通过仔细设计实验过程来弥补。这才是自然科学思想真正萌芽的机会！别错过！

——这个实验的目的是理解沸腾与气压有关。当气压低的时候，沸腾需要的温度就会下降。浇冷水，会使得烧瓶上部的空气降低温度，气体的活跃程度降低，宏观上就表现为气压降低了。这样水就会又沸腾起来。水汽补充到上方，越往里塞，压力肯定就又会增大，这会提高沸点，水的沸腾又被压下去了。

——没有烧瓶没关系。这样的例子很多。比如，青藏高原地区，正常的煮饭是煮不熟的，七八十度水就开了，开了以后温度就再也升不上去了。所以家家都需要高压锅！

——没烧瓶没关系。可以用您家里的高压锅间接求证。高压锅烧好后，听听里边有没声音（别直接耳朵贴锅啊，烫伤我不管！可以用一个一次性杯子扣在上边听）。好了，打开水龙头浇点凉水，再听，有水翻滚的声音没？

——再换个方法，不浇水，直接把高压阀放一点气（注意安全啊！），听听是不是又有水沸腾的声音。哎，高压锅要透明就好了。

——没烧瓶没有关系。有一种给红酒开瓶后抽气保存的小气筒和配套的瓶塞，买个吧，生活好了，喝点红酒保健应该的，但一次不要喝一瓶，剩下如何保存？就用这套小工具。顺便可以用这个设备实现降低气压。很多实验中都可能用得上呢！

——做个小人儿有点麻烦。网上有更多好玩的实验呢。这个实验为了说明声音就是物体的震动产生的效果。

——可以贴近音箱的喇叭观察（可能要去除音箱的装饰盖板），能明显看到震动，用手摸摸，高音低音的震动有什么不同？

——网上搜“声音的形状实验”，或“克拉尼图形”，自己实验一下吧，这个实验很容易让人着迷的。

——用纸杯子做的土电话一定陪孩子玩下。找两个纸杯。一段稍微粗点的线（放风筝用的线轮上那种就很好），杯底钻洞，把线穿入打结（或栓个牙签）。两人隔开点距离，通过杯子把线拉紧。一人听，一人小声说，可以“电话”了。

——没有放大镜没关系。老化眼镜是一样的。

——比这个更容易，更有趣的一定做下：小孔成像。找个铁罐头盒，底上钻个小眼儿。口上蒙半透明塑料膜（像毛玻璃那种）。

——找件衣服蒙头上，躲在里边观察明亮的物体吧。

——这个器材容易找，别偷懒哦。再强调下，是吹气，不是吸气（吸气也不卫生，也容易着凉拉肚）。本应该把球吹跑，但没有。

——还可以利用水流，不要告诉我您家里厨房没水龙头。用透明胶把细线粘牢在乒乓球上，拎着乒乓球慢慢靠近水流。看下图，乒乓球好像被水流给吸住了。

——“物理”这个词是中文的译法，最早是“格物致知”之意，要有打破砂锅问到底的精神。加利略，哥白尼这些伟大先驱做了最好示范。

——物理不相信权威，不相信教条，与生俱来的叛逆精神。

——您给家里的汽车轮胎充过气吗？去维修站，还是路边？都不用，自已用自行车的打气筒就可以充！不要相信几吨压力的谣言，物理告诉你，压力和压强是完完全全的两回事。

——这是个经常被提及的伽利略的段子。他老人家发现了教堂里的灯，摆来摆去的等时性。可惜是很多家长并没真理解，就开始给孩子谆谆教导了。这个等时性到底指什么？

——从左摆到右和从右摆到左时间相等？那不废话吗，小孩子也能看出（或是猜出）相等啊。

——不同的摆动幅度下，它们的周期也相等！这才重要。不要以为摆动的路程长就耗费更多的时间！

——有的灯很大（因而很重），有的灯很轻，它们的摆动周期也一样。不要以为大的身子重，就摆动慢些，不会滴！

——伽利略最后发现，摆的周期只跟摆绳的长短有关，其它因素都无关！

这个发现为机械种表的问世奠定了坚固的理论基础。

——物理是自然科学中最璀璨，最耀眼的明珠。它有趣、有用，有铁的事实为之验证，有严密的数学公式来量化。它无视传统，无视宗教，最具革命、叛逆的精神，也最欢迎任何人的怀疑和求证。

长度和时间的测量

克拉尼图形，又称"克拉德尼声音图案"，十八世纪，德国物理学家恩斯特·克拉德尼做过一个实验，他在一个小提琴上安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，结果这些细沙自动排列成不同的美丽图案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率的不断增加，图案也不断变幻和越趋复杂--这就是著名的克拉尼图形。克拉尼图形现在常用在电声乐器如小提琴、吉他和大提琴的设计和施工上。 20世纪以来，用于电子信号发生器，实现了更精确的可调频率驱动的扬声器。

发现者恩斯特·克拉德尼1756年11月30日出生于维滕贝格，1827年4月3日卒于西里西亚(现波兰的弗罗茨瓦夫)的布雷斯劳，自小已懂得斯洛伐克、匈牙利、德三语。1782年，克拉德在莱比锡和维滕贝格攻读法律及哲学，1782年毕业于莱比锡大学。在他父亲死后，克拉尼能更自由地考虑个人的兴趣。他的兴趣是在科学方面。由于他对音乐感兴趣，所以他于1786年开始从数学方面研究声波，他是算出有关声音传播的数量关系的第一个人，因此被誉为声学之父。克拉尼让覆盖著一层沙子的薄板振动。薄板以复杂的方式振动，有一些部分(波节线)保持不动，因此留住了由附近振动区域抖来的沙子。这样，薄板上便出现一幅独特的沙子图形，由此能作出有关振动的许多推断。

唐守平老师的实验可以在dy、b站等视频平台，账号为“道理学趣味物理实验”。

唐守平，江苏常州的退休物理教师，坚持在教学中多做实验，唐守平成了制作教具的一把好手。退休后的他依旧喜爱摆弄这些小实验。2020年起，他拍摄了两百多条趣味物理实验视频发到网上，引来众多网友的点赞。

伴随着琴弓摩擦铝板发出的尖锐声，均匀分布的细沙，变换出“克拉尼图形”；电风扇围成一圈吹风，两条丝带便在“伯努利原理”的作用下，跳出了曼妙的舞姿。网友称唐守平老师为“专治学习困难症的魔法老师”。

退休物理教师唐守平：自己是教师出身，退休了，离开了讲台，还是恋恋不舍。还是要为社会做点事，这样活着才有意义、才有价值。