一道聲學問題的設計和探究

1、一道聲學問題的實驗設計和探究一道聲學問題的實驗設計和探究江蘇省金壇市朱林中學袁宇（213241）電話：13814785462郵箱wulishiyanshiyuanyu@【作者語】“挑選花盆”問題是聲學教學中遇到的一個疑難問題。每學期涉及到此問題時，教師間都是爭論不休，很難有統(tǒng)一的答案。最近在有關中學物理QQ群中老師門也展開了熱烈的討論，但是都很難定論。于是本人把自己對此問題研究方法和操作的過程及形成的觀點，整理成文字，和大家共享。類似的

2、問題還有：鐵路工人敲鋼軌聽聲音判斷鋼軌是否有裂縫；有經(jīng)驗的人用手指巧西瓜來判斷西瓜的生熟，等等。以下是一個緊密聯(lián)系我們日常生活的問題，也是中學物理《聲現(xiàn)象》教學中經(jīng)常遇到且會發(fā)生爭議的問題。題目：日常生活中，有經(jīng)驗的花匠在挑選花盆時，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，用耳聽一下此時發(fā)出的聲音根據(jù)敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫。他是主要根據(jù)聲音三個特征的中哪個特征？解答1:音調。理由：音調是由于物體的振動頻率決定的。有裂縫花盆和完好的花盆相比，在

3、敲擊時發(fā)生振動的部分變少了，從而振動頻率變高了。所以選音調。解答2:音色。理由：音色是由于物體的材料和結構的不同導致的，花盆壞了，它的結構肯定也改變了。因此音色。解答3:音調。理由：好的花盆和有裂縫的花盆輕輕敲擊發(fā)出的聲音的音調和音色都不相同但是人耳對音調更為敏感!所以主要還是從音調加以判斷。解答4:音調和音色。理由：以上分析都對，所以音調和音色都有。是音調還是音色？還是音調和音色的共同作用的結果呢？由于學生運用所學知識所思考的角度不同

4、，似乎各有理由，答案很難統(tǒng)一，從而產(chǎn)生爭議。對于初步學習物理的中學生來說，老師很難用高深的聲學知識“空對空”地分析來解決這個問題。所以不少老師要么回避這個問題，要么統(tǒng)一規(guī)定為某個答案而不加以解釋。有勃于物理教學的新課程理念。這樣本可以激發(fā)學生學習物理的興趣的一個問題，但是由于疑惑的存在，反而挫傷了學生學習物理的積極性和自信心。為此，我根據(jù)中學生已有的經(jīng)驗和知識，利用燒杯、示波器等器材設計幾組實驗，和學生一起來共同探究這個問題的真正的答案

5、。以下是我設計的實驗方案和探究中所觀察到的現(xiàn)象及結論。第一組實驗：第一步，我精選了兩只規(guī)格和型號一樣的“500ml”的燒杯，盡管是精選，但兩只燒杯的質量和厚薄還是有一點點差異，因為兩只完全一樣的燒杯是找不到的。其中一只A杯完好無裂縫，另一只B杯有裂縫。第二步，我用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學生來聽一下從兩只燒杯被敲擊時發(fā)出聲音的頻率來看，A杯的發(fā)聲頻率為796Hz，C杯的發(fā)聲頻率為732Hz，這兩次

6、的發(fā)聲頻率確實不同，音調當然也就不同了。多次實驗后的結果還是這樣。這表明，發(fā)聲頻率不同的杯子不一定就有壞的。事實上，我們在挑選花盆時，花盆的種類和規(guī)格是多種多樣，有大有小、有重有輕，并且沒有一個標準樣品，也不可能一次只敲一個花盆。我們在敲不同的花盆時，它的發(fā)聲頻率可能都不一樣，但我們還是能把好與壞區(qū)分出來。這說明，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調。為了說明這一問題，又做了第三組實驗。第三組實驗：第一步，我又選了兩只規(guī)

7、格和型號與不一樣的燒杯，其中一只D杯的型號是“250ml”，完好無裂縫，另一只E杯的型號是“100ml”，完好無裂縫。第二步，我用音錘以同樣的方式敲擊這兩只燒杯，讓事先不知道燒杯是否有裂縫的幾位學生來聽一下這兩只燒杯被敲擊時發(fā)出的聲音，并要求他們根據(jù)所聽聲音來判斷它們是否有裂縫。結果他們的判斷與實際情況完全一致。同時用示波器把敲擊這兩只燒杯時的相關信息記錄下來，如下圖5和圖6：通過以上一系列實驗，學生得出的結論是：發(fā)聲頻率不同的燒杯，有

8、的是無裂縫的，也有的是有裂縫的；同樣是無裂縫的燒杯，它們的發(fā)聲頻率也會不同，甚至相差很大。由此可以斷定：用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調。那么，用敲擊聲來判斷花盆是否有裂縫，主要根據(jù)聲音的什么特征呢？我們只要分析一下這幾次實驗中所記錄下的波形，A、C、D、E這幾只完好無裂縫的燒杯發(fā)聲時聲波的波形基本上是一樣的“正弦波”波形，而有裂縫B杯發(fā)聲時聲波的波形與A、C、D、E這幾只燒杯發(fā)聲時聲波的波形相差圖5D杯的相關信息圖