“声音的特性“教学案例

【教学目标】

一、知识目标

1．了解声音的特性。

2．知道乐音的音调跟发声体的振动频率有关，响度跟发声体的振幅有关。

3．不同发声体发出乐音的音色不同。

二、能力目标

1．通过做“音调与频率有关的实验”和“响度与振幅有关的实验”，进一步了解物理学研究问题的方法。

2．培养学生科学探究的能力。

三、情感目标

1．体会现实世界物体的发声是丰富多彩的，培养学生更加热爱世界、热爱科学的品质。

2．培养学生联系生活、生产和科学技术的意识。

【教学重点】

音调、响度、音色的概念及其影响因素。

【教学难点】

探究决定音调、响度的因素。

【教学方法】

探究法、演示法。

【教学用具】

钢尺（若干）、示波器、音叉、乒乓球（系有细绳）、铁支架、口琴、笛子、小提琴、录音磁带、录音机。

【课时安排】

1课时

【教学过程】

一、创设问题的情境，引入新课

［师］生活中我们接触到的声音各种各样，千差万别。其中有许多声音让我们感到悦耳、动听。例如：音叉发出的声音、人歌唱的声音、各种乐器的演奏声等，它们都是物体做规则振动时发出的声音，物理学中把这类声音叫做乐音。请同学们注意听下面的歌曲（男低音独唱曲、女高音独唱曲），比较这两支歌曲的演唱风格有什么不同？

［生甲］前者的演唱声音低沉，后者的演唱声音尖细。

［生乙］前者的演唱是通俗唱法，后者的演唱是民族唱法。

［生丙］前者的演唱声音小，后者的演唱声音大。

［生丁］前者的演唱音调低，后者的演唱音调高。

［师］有的声音听起来音调高，有的声音听起来音调低，声音为什么会有音调高低的不同呢？让我们一起来做下面的探究活动。

二、进行新课

［探究］音调和频率的关系。

［师］每组的实验台上备有钢尺，请同学们想办法使钢尺发声。

［生］把钢尺紧压在桌面上，一端伸出桌边，拨动钢尺，听它振动发出的声音。

［师］使钢尺伸出桌边的长度短一些，注意观察钢尺振动发声时振动得快慢及声音的特点。

［生］钢尺振动得较快，声音尖而细。

［师］使钢尺伸出桌边的长度较长一些，再次拨动，注意要使钢尺两次振动的幅度大致相同，比较两种情况下钢尺振动得快慢和发出的音调。

［生］当钢尺伸出桌边的长度较短时，钢尺振动得较快，音调高；当钢尺伸出桌边的长度较长时，钢尺振动得慢，音调低。

［师］同学们刚才的探究活动很成功，为同学们成功的合作及探究鼓掌。请同学们阅读教材20页内容，回答下面的问题：

［投影］

1．频率的物理意义是什么？什么叫频率？

2．在国际单位制中，频率的单位是什么？

3．物体振动得快慢、频率跟音调的关系是什么？

4．大多数人能够听到的频率范围是什么？

5．什么叫超声波？什么叫次声波？

6．生活中你对超声波、次声波了解多少？能说出它们的一些用处吗？

［生］阅读教材内容，并讨论上述问题。

［师］指导学生带着问题去阅读。

［生答］

1．频率是用来描述物体振动快慢的物理量，物理学中把物体在每秒内振动的次数叫做频率（frequency）。

2．在国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hertz），简称赫，符号为Hz。

3．实验表明，频率决定声音的音调。物体振动得快，频率高，发出的音调就高；物体振动得慢，频率低，发出的音调就低。

4．大多数人能够听到的频率范围从20 Hz到20000 Hz。其中20 Hz是人类听觉的下限，20000 Hz是人类听觉的上限。

5．频率高于20000 Hz的声音叫做超声波（supersonic wave）。

频率低于20 Hz的声音叫做次声波（infrasonic wave）。

6．超声波有两个特点：一个是能量大，一个是沿直线传播。

超声波的应用主要有以下几个方面

（1）超声波加湿器、治疗咽喉炎及气管炎的药液雾化器利用超声波的高能量将液体破碎成许多小雾滴。

（2）超声波清洗污垢。

（3）声纳利用超声波基本上沿直线传播探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度。

（4）超声波探伤仪利用超声波沿直线传播探测金属、陶瓷、混凝土制品内部是否有气泡和裂纹。

（5）医院利用B超（B型超声波）分析体内的病变。

（6）许多自然灾害如地震、火山爆发、龙卷风等在发生前都会发出次声波，科学家们用次声波来预测台风、研究大气结构等，在军事上可以利用次声来侦察大气中的核爆炸、跟踪导弹等等。

［师］有趣的是很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官。例如蝙蝠，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。

［生］老师，现代的无线电定位器──雷达，就是仿照蝙蝠的超声波定位系统制造的。

［师］的确是这样，这门新学科叫仿生学。另外，有些动物对高频声波反应灵敏（如猫、狗、海豚），而有些动物对低频声波有很好的反应（如大象可以用人类听不到的“声音”进行交流，实际上大象的语言对人类来说就是一种次声波）。请同学们课后通过查阅资料、访问网站等多种途径，了解超声波和次声波的应用，并利用活动课进行交流。

［演示］观察声波的波形

［师］简单介绍示波器的作用：

在这里，我们要用示波器显示声波的波形。

［生］示波器为什么可以显示声波的波形呢？

［师］示波器的构造复杂，工作原理要在高中物理的电场部分涉及到，目前同学们的知识还不足以理解它。另外，我们也没有必要弄懂它，只要我们会正确使用就行了。下面让我们一起来完成这个实验。

1．通过示波器观察两个频率不同的音叉发出声音的波形，比较不同频率的声音的波形有什么差别。

2．通过示波器观察不同的男女同学发出声音的波形，比较男女学生声音的波形有什么不同？

实验结论：

1．两个频率不同的音叉发出声音的波形相似，但频率高的音叉的波形要密一些。

2．男、女学生声音的波形不同，女同学的音调比男同学高，波形就密一些。

［生］老师，轻敲和重敲同一个音叉（即频率相同的音叉），音叉发声的波形有什么不同？

［师］这个问题提得很好，实践是检验真理的唯一标准，让我们做做看。

实验结论：

轻敲音叉时，波形的幅度小；重敲音叉时，波形的幅度大。但两种情况下，波形的疏密程度相同。

［想想议议］

［师］振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声？请同学们分组讨论。

［生］分组讨论。

［师生共同活动，总结上述问题］

蝴蝶的翅膀一秒钟振动不超过10次，蚊子的翅膀一秒钟振动500～600次，由于蝴蝶的翅膀振动的频率低于人耳能够听到的频率范围，当然人耳听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音。而蚊子翅膀的振动频率在人耳的听频范围内，人耳就能听到蚊子翅膀振动发出的声音。

［师］声音有音调的不同，也有强弱的不同。物理学中把声音的强弱叫做响度。响度也就是我们平常所说的声音的大小。怎样才能使物体振动发出的声音更响？

［生］大胆地猜想。应该使物体振动的幅度大一些。

［师］同学们能设计一些切实可行的实验来证实你们的猜想吗？

［生甲］轻敲鼓面，鼓皮振动的幅度小，声音弱，响度小；重敲鼓面，鼓皮振动的幅度大，声音强，响度大。

［生乙］拨动小提琴的琴弦，琴弦振动的幅度小，琴声弱，响度小；琴弦振动的幅度大，琴声强，响度大。

［师］同学们刚才的猜想和论证都具有一定的科学性，值得表扬。下面让我们利用准备的仪器进行探究活动，证实同学们上面的猜想。

［探究］响度跟什么因素有关？

1．用细线把乒乓球吊起来，使乒乓球静止在竖直位置，恰好跟音叉的一个叉股接触。轻敲音叉，观察乒乓球被弹开的幅度。

2．重敲音叉，使音叉发出响度更大的声音，观察乒乓球被弹开的幅度。

3．比较音叉发出不同响度的声音时，乒乓球被弹开的幅度有什么不同。

4．通过上面的探究活动，可以得出什么结论？

［生］分组实验，探究响度跟什么因素有关。

实验结果：

1．音叉发出声音的响度小，乒乓球被弹开的幅度小，音叉振动的幅度小；音叉发出声音的响度大，乒乓球被弹开的幅度大，音叉振动的幅度大。

2．通过上面的探究活动可知，响度跟发声体振动的幅度有关，物体振动的幅度越大，产生声音的响度越大。

［师］物体振动的幅度叫振幅。物体的振幅越大，声音的响度就越大。

［生］振幅是确定响度的唯一因素吗？

［师］实际中，响度还跟听者与发声体的距离有关。距发声体越远，听到的声音越小，响度越小。（可以向学生简单介绍原因：因为声音在传播过程中，越到远处越分散。）

［演示］音调和响度的关系

用口琴先用力吹“1”，再轻轻吹“5”。请同学们比较它们音调的高低，响度的大小。

［生甲］“1”的响度大。

［生乙］“5”的响度小。

［生丙］“1”的音调低。

［生丁］“5”的音调高。

［师］通过上面的实验，我们可以发现：音调和响度是声音的两个不同的特征。

响度大的声音，音调不一定高；

音调高的声音，响度也不一定大。

在同一首歌曲中，音调低的“1”可以唱得比音调高的“5”更响。

［练习］请同学们讨论并回答，蚊子的叫声与黄牛的叫声相比，哪个音调高？哪个响度大？

参考解答：

蚊子的叫声音调高；

黄牛的叫声响度大。

［师］频率的高低决定声音的音调。但是不同的物体发出的声音，即便音调相同，我们还是能够分辨它们。这表明在声音的特征中还有一个因素是十分重要的，它就是音色。

物理上，把不同的物体发出的声音具有不同的特色叫音色（musical quality）。

［想想做做］

［师］请两位同学藏在讲桌后面，分别用不同的乐器（口琴和笛子）演奏C调的“1”，让同学们猜他们用的各是什么乐器？

［生甲］第一位同学用的是口琴。

［生乙］第二位同学用的是笛子。

［师］两位同学猜得都对。为什么这两位同学猜得如此准呢？

［生］因为它们的音色不同。

［师］播放录音（分别用小提琴和二胡演奏的《二泉映月》）。同学们能不能分辨出由不同乐器演奏的同一首乐曲。

［生］据它们的音色不同来分辨。

［演示］观察波形。

将话筒接在示波器的输入端，用不同的乐器对着话筒发出相同音调的声音（都发C调的“1”），比较各波形有何异同？

实验结果：

不同乐器演奏C调的“1”时，波形各不相同，音调相同，频率相同；但振幅不同，响度不同。

［想想做做］

［师］在上节的活动课上，我已经让同学们用录音机听自己的录音，然后把自己的录音与自己的原声作了比较。在这里，我们要让别的同学听你讲话，再听你的录音，然后加以比较，两次听到的声音一样吗？

［学生实际操作］

实验结果：听别人直接讲话和听别人的录音没有多大差别。

分析原因：这是因为录音机录下的是说话人通过空气传来的声音，直接听到说话人的声音也是通过空气传来的，所以别人认为像说话人的声音。

三、小结

本节课我们主要学习了以下内容：

1．乐音的三个特征：音调、响度和音色。

2．音调是由发声体振动的频率决定的。

3．响度是由发声体的振幅决定的。

4．不同的发声体具有不同的音色。

四、布置作业

1．活动课上，每个同学尽可能带一种家里有的乐器，观察是怎样发出声音的，又是怎样改变音调和响度的。

2．制作音调可变的哨子，并用它演奏一首音乐课上学过的简单的曲子。

3．把动手动脑学物理的3题写在作业本上。

4．自制乐器，在活动课上交流。