人体吸入不同气体时的发声规律及其原因探秘

一、引子

视频：吸入不同气体发出不同声音

由于该实验与上学期末开展的“用共鸣法测声速”科学探究非常贴近，就在原来的科学探究的基础上对“吸入不同气体发出不同声音”问题进行了理论分析。

二、理论分析

微主在新千年版《费恩蔓物理学讲义》（第一卷）中查到的声速与气体压强和密度的关系为式（1）所示。

式（1）

由式（1）可见，在一个大气压强的环境下，气体的密度越大，声音传播的速度越小。

网上查询可得，空气的平均分子量为29，六氟化硫SF6的分子量为146.06，氦气He的分子量为4。

由（1）式可知，声音在六氟化硫SF6的中传播的速度为空气中的0.446倍，声音在氦气中传播的速度为空气中的2.69倍。

考虑到人们的发生时气道共鸣发声，类似于一侧封闭、一侧开口的管子共鸣发声，其发声频率、管子长度与声速的制约公式为式（2）所示。

式（2）

由式（1）、（2）可得，在一个大气压强的环境下，频率与密度的关系如式（3）所示。

由式（3）可知，人体发声系统吸入六氟化硫SF6后发出的频率为正常情况的0.446倍，吸入氦气He后发出的频率为正常情况的2.69倍。

三、结论

在吸入密度比空气大的气体时，人发出的声音频率会变小；在吸入密度比空气小的气体时，人发出的声音频率会变大。

四、安全警示

变声游戏有风险

吸入氦气需谨慎

2016年2月下旬，美国俄勒冈州梅德福的一名14岁的女孩阿什利郎在参加一个派对时，为了营造气氛吸入一罐氦气。但是意想不到的的一幕发生了，这个小孩突然晕倒！

当她的朋友把她送到医院抢救时，发现已经为时过晚。最终医院宣布该女生由于吸入过量氦气导致血管阻塞，她过早的离开了我们！

近年来关于这方面的报道屡见报端：

2010年11月，英国广播公司报道，一名13岁女孩吸入气球中的氦气窒息而死；

2006年美国佛罗里达州两名大学生死在公寓大楼入口处，直接原因是泄露的氦气球。

这些事故耐人深思，为什么会发生这些悲剧？氦气可以吸入吗？吸入多少属于安全？

氦气是惰性气体，无毒，性质也不活泼，对人体无害。但是大量吸入会导致窒息甚至死亡！全国吸入预防联盟（美国）列出了吸入氦气可以引致肺部堵塞和破裂，尽管这种风险很小。

在各种派对中，人们习惯了利用吸入氦气而变声，发出类似唐老鸭般奇怪的声音。不过，氦气经销商明确提出反对直接吸入氦气，并警告有窒息甚至死亡的危险。所以微主强烈建议大家不要随意吸入氦气或其他气体进行变声，这是一个有风险的游戏！

| 创客焦作 | 

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