一道聲學(xué)問(wèn)題的設(shè)計(jì)和探究

1、一道聲學(xué)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究一道聲學(xué)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究江蘇省金壇市朱林中學(xué)袁宇（213241）電話：13814785462郵箱wulishiyanshiyuanyu@【作者語(yǔ)】“挑選花盆”問(wèn)題是聲學(xué)教學(xué)中遇到的一個(gè)疑難問(wèn)題。每學(xué)期涉及到此問(wèn)題時(shí)，教師間都是爭(zhēng)論不休，很難有統(tǒng)一的答案。最近在有關(guān)中學(xué)物理QQ群中老師門也展開(kāi)了熱烈的討論，但是都很難定論。于是本人把自己對(duì)此問(wèn)題研究方法和操作的過(guò)程及形成的觀點(diǎn)，整理成文字，和大家共享。類似的

2、問(wèn)題還有：鐵路工人敲鋼軌聽(tīng)聲音判斷鋼軌是否有裂縫；有經(jīng)驗(yàn)的人用手指巧西瓜來(lái)判斷西瓜的生熟，等等。以下是一個(gè)緊密聯(lián)系我們?nèi)粘Ｉ畹膯?wèn)題，也是中學(xué)物理《聲現(xiàn)象》教學(xué)中經(jīng)常遇到且會(huì)發(fā)生爭(zhēng)議的問(wèn)題。題目：日常生活中，有經(jīng)驗(yàn)的花匠在挑選花盆時(shí)，常常將新花盆拎起后輕輕敲擊它，用耳聽(tīng)一下此時(shí)發(fā)出的聲音根據(jù)敲擊聲來(lái)判斷花盆是否有裂縫。他是主要根據(jù)聲音三個(gè)特征的中哪個(gè)特征？解答1:音調(diào)。理由：音調(diào)是由于物體的振動(dòng)頻率決定的。有裂縫花盆和完好的花盆相比，在

3、敲擊時(shí)發(fā)生振動(dòng)的部分變少了，從而振動(dòng)頻率變高了。所以選音調(diào)。解答2:音色。理由：音色是由于物體的材料和結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致的，花盆壞了，它的結(jié)構(gòu)肯定也改變了。因此音色。解答3:音調(diào)。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(diào)和音色都不相同但是人耳對(duì)音調(diào)更為敏感!所以主要還是從音調(diào)加以判斷。解答4:音調(diào)和音色。理由：以上分析都對(duì)，所以音調(diào)和音色都有。是音調(diào)還是音色？還是音調(diào)和音色的共同作用的結(jié)果呢？由于學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(zhēng)議。對(duì)于初步學(xué)習(xí)物理的中學(xué)生來(lái)說(shuō)，老師很難用高深的聲學(xué)知識(shí)“空對(duì)空”地分析來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。所以不少老師要么回避這個(gè)問(wèn)題，要么統(tǒng)一規(guī)定為某個(gè)答案而不加以解釋。有勃于物理教學(xué)的新課程理念。這樣本可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣的一個(gè)問(wèn)題，但是由于疑惑的存在，反而挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性和自信心。為此，我根據(jù)中學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，利用燒杯、示波器等器材設(shè)計(jì)幾組實(shí)驗(yàn)，和學(xué)生一起來(lái)共同探究這個(gè)問(wèn)題的真正的答案

5、。以下是我設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和探究中所觀察到的現(xiàn)象及結(jié)論。第一組實(shí)驗(yàn)：第一步，我精選了兩只規(guī)格和型號(hào)一樣的“500ml”的燒杯，盡管是精選，但兩只燒杯的質(zhì)量和厚薄還是有一點(diǎn)點(diǎn)差異，因?yàn)閮芍煌耆粯拥臒钦也坏降?。其中一只A杯完好無(wú)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(xué)生來(lái)聽(tīng)一下從兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出聲音的頻率來(lái)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(shí)不同，音調(diào)當(dāng)然也就不同了。多次實(shí)驗(yàn)后的結(jié)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(shí)上，我們?cè)谔暨x花盆時(shí)，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(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，也不可能一次只敲一個(gè)花盆。我們?cè)谇貌煌幕ㄅ钑r(shí)，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(lái)。這說(shuō)明，用敲擊聲來(lái)判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調(diào)。為了說(shuō)明這一問(wèn)題，又做了第三組實(shí)驗(yàn)。第三組實(shí)驗(yàn)：第一步，我又選了兩只規(guī)

7、格和型號(hào)與不一樣的燒杯，其中一只D杯的型號(hào)是“250ml”，完好無(wú)裂縫，另一只E杯的型號(hào)是“100ml”，完好無(wú)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(xué)生來(lái)聽(tīng)一下這兩只燒杯被敲擊時(shí)發(fā)出的聲音，并要求他們根據(jù)所聽(tīng)聲音來(lái)判斷它們是否有裂縫。結(jié)果他們的判斷與實(shí)際情況完全一致。同時(shí)用示波器把敲擊這兩只燒杯時(shí)的相關(guān)信息記錄下來(lái)，如下圖5和圖6：通過(guò)以上一系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得出的結(jié)論是：發(fā)聲頻率不同的燒杯，有

8、的是無(wú)裂縫的，也有的是有裂縫的；同樣是無(wú)裂縫的燒杯，它們的發(fā)聲頻率也會(huì)不同，甚至相差很大。由此可以斷定：用敲擊聲來(lái)判斷花盆是否有裂縫，不是主要根據(jù)聲音的音調(diào)。那么，用敲擊聲來(lái)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(shí)驗(yàn)中所記錄下的波形，A、C、D、E這幾只完好無(wú)裂縫的燒杯發(fā)聲時(shí)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(shí)聲波的波形與A、C、D、E這幾只燒杯發(fā)聲時(shí)聲波的波形相差圖5D杯的相關(guān)信息圖