第三节声音的特性

第三节声音的特性一、音调：声音的高低—频率为了让学生体验什么是音调，可用乐器展示。方案1：用吉他（二胡）弹出几个不同的音。方案2：用相同大小的力，敲击两个盛水量不一样的水杯。提出问题：听到的声音有什么不同？让学生进行交流讨论。由实验中音调的不同，让学生知道声音有高低之分，自然进入声音特性的教学。演示实验：方案1：观察锯条（或钢尺）露出桌面长短不同时，振动快慢的不同。实验时使锯条紧紧地压在桌面上，分别将锯条1/4长和3/4长伸出桌面边缘，用手按住锯条在桌面上的部分，拨动桌外部分，使其振动。注意观察：尺子露出桌面长长短不同时，振动的快慢不同。实验时按锯条的手要用力，使锯条两次振动幅度大致相同。观察思考：钢锯条伸出桌边的长短跟振动快慢有何关系?声音高低跟振动快慢有什么关系？将实验结果记录在表中。锯条振动快慢对声音高低的影响当学生的注意力集中到锯条振动的快慢上时，结论可顺利得出。在学生讨论的基础上，提出音调表示声音的高低，让学生知道音调决定于发声体振动的快慢。发声体振动的快慢用“频率”来表示。物体振动得快，发出的音调就高，听起来尖细；振动得慢，发出的音调就低，听起来低沉。可见发声体振动的快慢是一个很重要的物理量，它决定着音调的高低。物理学中用每秒内振动的次数——频率来描述物体振动的快慢，频率决定声音的音调。频率的单位为赫兹，简称赫，符号Hz。物体在1s的时间里如果振动100次，频率就是100Hz。人能感受的声音频率有一定的范围。大多数人能够听到的频率范围20Hz～20000Hz。其中最敏感的频率是3000Hz左右。老年人的听觉随年龄而衰退，通常男子说话、歌唱时，发声的频率比女子低。振动锯条长度振动快慢声音高低锯条长度的1/4锯条长度的3/4结论（也就是音调低）人们把高于20000Hz的声音叫做超声波，因为它们已超过人类听觉的上限；把低于20Hz人声音叫做次声波，因为它们已低于人类听觉的下限。对于超声波和次声波我们都听不到，但某些动物能听到。超声波的特点：能量大，频率高，方向性强。动物的听觉范围通常和人不同。一些动物对高频声波反应灵敏。或许你曾经注意过，有时在你认为很静、没有任何声音时，猫却突然表现得非常警觉。猫能够听到的频率范围是60Hz～65000Hz。狗能听到的频率范围是15Hz～50000Hz。海豚能听到声音的上限是150000Hz。一些动物的发声和听觉的频率范围ƒ/Hz人：发声频率85～1100Hz；听觉频率20～20000Hz。狗：发声频率452～1800Hz；听觉频率15～50000Hz。猫：发声频率760～1500Hz；听觉频率60～65000Hz。蝙蝠：发声频率10000～120000Hz；听觉频率1000～120000Hz。海豚：发声频率7000～120000Hz；听觉频率150～150000Hz。有些动物对低频声波有很好的反应。大象的语言对人类来说是一种次声波。大自然的许多活动，如地震、火山喷发、台风、海啸等，都伴有次声波产生。动物在地震前的一些异常反应与次声波有关（老鼠逃出洞，牛马不入圈，鸡犬不宁）。一些机器在工作时，也会产生人耳听不到的次声波。有些次声波对人体的健康有害。海豚和蝙蝠是利用超声波的。例如：振动会发出声音，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的原因：蝴蝶的翅膀的振动频率小于10Hz，蚊子翅膀的振动为500～600Hz。由于蝴蝶的翅膀振动的频率低于人耳的听觉范围，当然人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觉范围内，人耳就能听到蚊子翅膀振动发出的声音。有经验的养蜂人只能分辨蜜蜂是出去采蜜，还是采蜜回来，其依据是声音的音调不同。蜜蜂不载花蜜时翅膀振动的频率高，音调高。方案2：运用发音齿轮装置进行实验把发音齿轮固定在转台上，摇动转台，使齿轮匀速转动。再拿一块硬纸片接触其中一个齿轮的锯齿，纸片就振动起来，发出声音。改变转台的转速。可以听到纸片发出的声音音调也随着改变。转速越大，单调越高。保持齿轮的转速不变，用硬纸片接触不同的齿轮，纸片就发出不同音调的声音，齿轮的齿数越多，硬纸片各它接触时发出的声音的音调就越高。实验表明：声音的音调是由声源振动的频率决定的。频率越大，音调越高；频率越小，音调越低。注意事项：发音齿轮轴上的螺帽必须拧紧，以防齿轮打滑，影响实验效果或被甩出伤人、损坏齿轮。方案3：可用两个频率不同的音叉直接演示。办法是在每个音叉的叉股上固定一根细钢针，另备一块被烟熏黑的玻璃板。用音叉槌敲击音叉，使音叉振动发声，并同时匀速地在玻璃板上移动。移动时必须注意要使两音叉的钢针针尖恰好与玻璃板接触，在玻璃板上得到如图所示的两条曲线。比较两条曲线，得出频率与音调的关系。方案4：让学生通过示波器观察两个频率不同的音叉发出声音的波形，获得具体的感性认识。使学生认识到不同频率的声音在波形上是怎么表现的。然后再将学生发出的声音输入示波器中，让学生观看不同同学发出声音的波形，进而比较男女学生声音波形的不同。一般来说，女同学的音调比男同学的高，波形就会密一些。（女同学声音尖细，而男同学的声音低沉。女同学的音调比男同学的高。）示波器上波形的疏密可以显示出音调的高低，波形密，音调高；波形稀疏，音调低。乐器的音调：乐器主要分为三类，即打击乐器、弦乐器和管乐器。（1）打击乐器：如鼓、锣，鼓面和锣面绷得越紧，其振动就越快，频率越高，音调越高。（2）弦乐器：如二胡、小提琴等。长而粗的弦发声的音调低，短细的弦发声的音调高；弦绷得越紧发声音调越高。（二胡弦上加松香是为了增大摩擦）用相同的力拨动橡皮筋，紧绷时拨动，振动快，音调高；稍松弛时拨动，振动慢，音调低。（3）管乐器：如长笛、箫等。靠空气柱的振动产生声音。长空气柱产生的音调低，短空气柱产生的音调高。（往暖水瓶中倒水时，音调会越来越高；自制单调可变的哨子）与音调有关的词语：声音高的刺耳；这首歌音太高，我唱不上去；她唱的是女高音；声音在介质中的传播速度与声音的振动频率无关，在温度、形状一定的同一介质中，频率不同的声音传播速度相同。（音调是声音的特征之一，而次声波和超声波都不属于人们听到的声音，故音调与次声波和超声波也小没有关系了）二、响度：声音的强弱或大小（音量）怎样才能使物体振动发出的声音更响？响度与什么因素有关？方案1：将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开的幅度。观察：音叉响度不同时，乒乓球振动的幅度有什么不同。做对比实验，用不同的力量敲打音叉，在音叉与悬挂的乒乓球接触时，乒乓球振动的幅度明显不同。这个实验的效果比较明显。方案2：用大小不同的力度敲击鼓面，鼓面上的纸屑被弹起的高度不同。方案3：把发声大小不同的音叉股与水面接触，溅起的水花大小不同。方案4：在纸盆喇叭上放置乒乓球，改变音量大小，乒乓球被弹起的高度不同。方案5：将锯条放在桌面上，边缘伸出桌外，用一只手按住锯条，保持锯条位置不变，另一只手分别用不同力度拨锯条，使锯条振动，仔细辨别声音，并同时观察锯条的振动。结论：声音的响度与发声体的振动的幅度有关。振动幅度越大，声音响度越大；振动幅度越小，声音响度越小。物体的振动幅度在物理学中用振幅来表示。振幅就是物体振动时偏离原来（平衡）位置的最大距离。它表示物体振动强弱的物理量。振幅大，声音的响度大；振幅小，声音的响度小。绷紧程度相同的橡皮筋，当轻拨橡皮筋时，橡皮筋振动的幅度小，发出声音的响度小；重拨拨橡皮筋时，橡皮筋振动的幅度大，发出声音的响度大。弦乐器是通过拨力的大小改变弦的振幅来改变响度。同样大小的声音，听者距离发声体越近听到的声音越大，距离越远听到的声音越小。所以声音向远处传播，越到远处越分散，响度在逐渐减小，因此增大响度的一个办法是尽量减少声音的分散。例如：医生用的听诊器就是采取尽量不使声音在传播过程中分散，而使声音在传播过程中集中在管子上来增大响度的。（双手拢嘴；用喇叭形的传声筒）这说明响度的大小与振幅以及距离发声体的远近有关。示波器上波形的高低可以显示响度的大小,波形高，响度大；波形低，响度小。与响度有关的词语：引吭高歌；请勿高声说话；震耳欲聋；忽大忽小。高声大叫；低声细语。响度和音调是声音的两个根本不同的特性。音调是指声音的高低；响度是指声音的大小。音调高响度不一定大，响度大的音调不一定高。例如：蚊子发出的声音虽然响度小，但它的音调却比老牛的叫声高得多；而老牛的叫声的响度却比蚊子的声音的响度大得多。响度实验题目：探究决定响度大小的因素1、提出问题：响度与什么因素有关。2、猜想与假设：响度的大小可能跟振动物体的振幅有关，振幅越大，可能响度也越大，另外响度还可能跟距离发声体的远近有关。3、设计实验：（1）在实验时要使钢锯条伸出桌面的长度适中，不宜过长，也不宜过短。在拨动锯条时，应用大小不同的力分别拨动，以便于比较。（2）实验器材：钢锯条一根。4、进行实验：将一根长约30cm的钢锯条紧压在桌面的边沿。适当调整锯条伸出桌面的长度，先用较小的力拨动它伸出桌面的端部，观察锯条的振动情况，认真感受锯条发出的声音；再用较大的力拨动它伸出桌面的端部，观察锯条的振动情况，再感受锯条发出的声音；用大小相同的力拨动锯条伸出桌面的端部，逐渐远离锯条，感受锯条发出声音的变化。5、分析与论证：当用较小的力拨动锯条伸出桌面的端部时，锯条振动，振幅较小，锯条发出的声音较小；当用较大的力拨动锯条伸出桌面的端部时，锯条振幅增大，锯条发出的声音变大；用大小相同的力拨动锯条伸出桌面的端部时，逐渐远离锯条，听到锯条发出的声音越来越小。6、评估与交流：（1）我们在做此实验时，锯条伸出桌面的长度应适中，不宜过长也不宜过短，过长实验不成功，过短效果不明显。（2）由实验可以得出：锯条振幅越大，声音越大，响度越大；锯条振幅越小，声音越小，响度越小；当人远离振动的锯条时，声音在逐渐减小，说明响度在减小。（3）振幅是指振动物体偏离其平衡位置的最大距离。（4）用锯条可以看到：响度与振幅、响度大小与距发声体远近的关系。我们利用鼓或锣，同样可以得到类似的结论，由此我们可以得出，响度由振幅决定，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小；距离发声体越远，响度越小。三、音色方案1：学生用不同乐器演奏同一首乐曲（或听录音带），请学生仔细欣赏，然后说出是用什么乐器演奏的。方案2：在讲桌后（不让学生看见）敲响铜锣、摇动响铃，请同学们说出所听到的声音是由什么物体振动所发出的。方案3：让后排的两位同学朗读短文，前排的同学不看后排，辨识刚才是哪一位同学在朗读。用示波器演示不同乐器演奏相同音的波形不同。观察波形的目的是增加学生对不同乐器声音音色的感性认识。从波形图中可以清楚地看出不同音色声音的本质。由教材的图可以看出，音叉、钢琴和长笛的基频（振幅最大的振动的频率）相同，但是在基频的基础上还有一些附加的小的振动，这些小的振动和大的振动共同决定了声音的音色。音叉的振动简单，长笛次之，钢琴的复杂。频率的高低决定声音的音调，振幅的大小决定声音的响度。但是不同的物体发出的声音，即便音调和响度相同，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。也就是通常人们所说的“音质不同”。不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色也就不同。音色是由发声体本身决定的。音色是我们分辨各种声音的依据，不受音调、响度的影响。不同乐器即使发出音调、响度相同的声音，我们也很容易识别乐器种类，就是由于音色不同。“闻其声而知其人”就是根据每个人的声带不同，而引起说话时的声音的音色不同，来辨别是谁在说话的。如果发声体的结构发生了改变，其音色也会随之改变。人感冒后，由于喉部及鼻子的结构发生了变化，发出的声音也就变了；机器某一部分发生故障后，发出的声音也随之改变，老工人通过机器的声音就可以知道机器哪里出现了故障。用小锤敲击松动和损裂的金属部件时与完好的金属部件相比，音色不同。我们经常用听声音的办法来判断瓷器或陶器是否损坏。音色与哪些因素有关是个较复杂的问题。除了发声体发出的泛音个数、频率分布、强度分布等影响音色外，音色还与传声介质、距声源的距离、听者的年龄、经历等有关。用录音机录下自己的声音并