一道声学问题的实验设计和探究.doc

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1、一道声学问题的实验设计和探究江苏省金坛市朱林中学袁宇（213241）电话：13814785462邮箱wulishiyanshiyuanyu@126.com【作者语】“挑选花盆”问题是声学教学中遇到的一个疑难问题。每学期涉及到此问题时，教师间都是争论不休，很难有统一的答案。最近在有关中学物理QQ群中老师门也展开了热烈的讨论，但是都很难定论。于是本人把自己对此问题研究方法和操作的过程及形成的观点，整理成文字，和大家共享。类似的问题还有：铁路工人敲钢轨听声音判断钢轨是否有裂缝；有经验的人用手指巧西瓜来判断西瓜的生

2、熟，等等。以下是一个紧密联系我们日常生活的问题，也是中学物理《声现象》教学中经常遇到且会发生争议的问题。题目：日常生活中，有经验的花匠在挑选花盆时，常常将新花盆拎起后轻轻敲击它，用耳听一下此时发出的声音,根据敲击声来判断花盆是否有裂缝。他是主要根据声音三个特征的中哪个特征？解答1: 音调。理由：音调是由于物体的振动频率决定的。有裂缝花盆和完好的花盆相比，在敲击时发生振动的部分变少了，从而振动频率变高了。所以选音调。解答2: 音色。理由：音色是由于物体的材料和结构的不同导致的，花盆坏了，它的结构肯定也改变了。

3、因此音色。解答3: 音调。理由：好的花盆和有裂缝的花盆轻轻敲击发出的声音的音调和音色都不相同,但是人耳对音调更为敏感!所以主要还是从音调加以判断。解答4:音调和音色。理由：以上分析都对，所以音调和音色都有。是音调还是音色？还是音调和音色的共同作用的结果呢？由于学生运用所学知识所思考的角度不同，似乎各有理由，答案很难统一，从而产生争议。对于初步学习物理的中学生来说，老师很难用高深的声学知识“空对空”地分析来解决这个问题。所以不少老师要么回避这个问题，要么统一规定为某个答案而不加以解释。有勃于物理教学的新课程理

4、念。这样本可以激发学生学习物理的兴趣的一个问题，但是由于疑惑的存在，反而挫伤了学生学习物理的积极性和自信心。为此，我根据中学生已有的经验和知识，利用烧杯、示波器等器材设计几组实验，和学生一起来共同探究这个问题的真正的答案。以下是我设计的实验方案和探究中所观察到的现象及结论。第一组实验：第一步，我精选了两只规格和型号一样的“500ml”的烧杯，尽管是精选，但两只烧杯的质量和厚薄还是有一点点差异，因为两只完全一样的烧杯是找不到的。其中一只A杯完好无裂缝，另一只B杯有裂缝。第二步，我用音锤以同样的方式敲击这两只烧

5、杯，让事先不知道烧杯是否有裂缝的几位学生来听一下这两只烧杯被敲击时发出的声音，并要求他们根据所听声音来判断它们是否有裂缝。结果他们的判断与实际情况完全一致。同时用示波器把敲击这两只烧杯时的相关信息记录下来，如下图1和图2：图1A杯的相关信息图2B杯的相关信息B杯A杯从两只烧杯被敲击时发出声音的频率来看，A杯的发声频率为796Hz，B杯的发声频率为839Hz，这两次的发声频率确实不同，音调当然也就不同了。多次实验后的结果还是这样。那么，因此就得结论：用敲击声来判断花盆是否有裂缝，主要根据声音的音调。这样的结论

6、是否可靠呢？接下来又做了第二组实验。第二组实验：第一步，我又选了一只规格和型号与A杯一样的“500ml”的烧杯C，但两只烧杯的质量和厚薄的差异有点大，且C杯完好无裂缝。第二步，我用音锤以同样的方式敲击这两只烧杯，让事先不知道烧杯是否有裂缝的几位学生来听一下这两只烧杯被敲击时发出的声音，并要求他们根据所听声音来判断它们是否有裂缝。结果他们的判断与实际情况完全一致。同时用示波器把敲击这两只烧杯时的相关信息记录下来，如下图3和图4：图3A杯的相关信息图4C杯的相关信息A杯C杯从两只烧杯被敲击时发出声音的频率来看，

7、A杯的发声频率为796Hz，C杯的发声频率为732Hz，这两次的发声频率确实不同，音调当然也就不同了。多次实验后的结果还是这样。这表明，发声频率不同的杯子不一定就有坏的。事实上，我们在挑选花盆时，花盆的种类和规格是多种多样，有大有小、有重有轻，并且没有一个标准样品，也不可能一次只敲一个花盆。我们在敲不同的花盆时，它的发声频率可能都不一样，但我们还是能把好与坏区分出来。这说明，用敲击声来判断花盆是否有裂缝，不是主要根据声音的音调。为了说明这一问题，又做了第三组实验。第三组实验：第一步，我又选了两只规格和型号与

8、不一样的烧杯，其中一只D杯的型号是“250ml”，完好无裂缝，另一只E杯的型号是“100ml”，完好无裂缝。第二步，我用音锤以同样的方式敲击这两只烧杯，让事先不知道烧杯是否有裂缝的几位学生来听一下这两只烧杯被敲击时发出的声音，并要求他们根据所听声音来判断它们是否有裂缝。结果他们的判断与实际情况完全一致。同时用示波器把敲击这两只烧杯时的相关信息记录下来，如下图5和图6：图5D杯的相关信息图6E杯的相关信息E杯D杯通