對“探究音調(diào)和頻率的關(guān)系”演示實驗的改進(jìn)建議

摘要：教材中關(guān)于音調(diào)的演示實驗是撥動鋼尺，教師上課的時候太多也是采用這個演示實驗來教學(xué)。作者覺得此種方式不夠直觀，學(xué)生很容易得出錯誤的結(jié)論，所以需要一些更加直觀的演示實驗以符合學(xué)生的認(rèn)知水平。本文筆者就此談?wù)勅绾胃倪M(jìn)此實驗。

關(guān)鍵詞：音調(diào)；頻率；演示實驗；改進(jìn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）1（S）-0026-2

實驗是中學(xué)物理課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實驗的直觀性，將直接影響學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解。教材上給出的演示實驗是學(xué)校進(jìn)行實驗的根本參考標(biāo)準(zhǔn)。例如，教材上關(guān)于音調(diào)的演示實驗是撥動鋼尺，筆者覺得不夠直觀，如果老師不給予足夠的解說，學(xué)生很容易得出錯誤的結(jié)論。這就需要執(zhí)教者發(fā)散思維，從生活中取材，采用更加直觀的演示實驗來激發(fā)學(xué)生參與和探究的興趣。

在教育部審定的2012版義務(wù)教育教科書八年級上冊物理第二章《聲現(xiàn)象》第二節(jié)《聲音的特性》中，探究音調(diào)和頻率的關(guān)系的實驗是這樣表述的：如圖2-2-1所示（見本文圖1），將一把鋼尺緊按在桌面上，一端伸出桌邊。撥動鋼尺，聽它振動發(fā)出的聲音，同時注意鋼尺的振動的快慢。改變鋼尺伸出桌邊的長度，再次撥動鋼尺。比較兩種情況下鋼尺的振動的快慢和發(fā)聲體的音調(diào)。

這個演示實驗的器材是學(xué)生的身邊之物，易引起學(xué)生的操作興趣，但是筆者認(rèn)為此實驗現(xiàn)象不明顯，存在以下幾處不足：

1、按緊鋼尺時，鋼尺發(fā)出的聲音是很小，幾乎聽不見，如果不按緊聽到的聲音是鋼尺打擊桌面發(fā)出的聲音，并非鋼尺發(fā)出的聲音。

2、音調(diào)的選擇范圍較小，音調(diào)差異不明顯。

3、此實驗不是一個直接性關(guān)系的實驗，是通過改變尺子的長度達(dá)到改變頻率。如果不加以引導(dǎo)提示，確定就是觀察尺子振動快慢和聽音調(diào)，學(xué)生容易得出結(jié)論：尺子越長。音調(diào)越低，認(rèn)為音調(diào)最根本的是跟尺子長短有關(guān)而不是跟頻率直接相關(guān)。所以在有的習(xí)題里面學(xué)生就容易寫出此類不確切的答案。

4、人眼的視覺暫留的時間是0.05-0.2秒，但是人要聽到聲音頻率必須大于20HZ，也就是說每振動一次的時間最多是0.02秒。鋼尺振動的時間小于視覺暫留的時間，學(xué)生看到鋼尺振動大部分是連續(xù)的，振動越快反而感覺像沒振動一樣。因而容易得出錯誤的結(jié)論：尺子伸出桌面越長，振動越快，音調(diào)越低。

筆者在兩年的教學(xué)中，每每講到這一部分的知識時總有很多學(xué)生得出這一結(jié)論：尺子伸出桌面越長，振動越快，音調(diào)越低。對此，筆者都要反復(fù)解說，對學(xué)生的錯誤結(jié)論進(jìn)行糾正，交流后發(fā)現(xiàn)科組內(nèi)其他老師也有同樣的困惑。

經(jīng)過反復(fù)思考和實踐，筆者認(rèn)為可采用以下幾種方法對上述實驗進(jìn)行補(bǔ)充。以期取得更好的效果。

方法一：用琴弦代替鋼尺，實驗裝置如圖2，用手指撥動琴弦可發(fā)出悅耳的聲音，學(xué)生的興趣馬上被調(diào)動起來。教師用手指按住琴弦，改變發(fā)聲體的長度，此時琴弦的聲音洪亮、變化明濕，學(xué)生聽得十分清楚。隨著發(fā)聲的琴弦變短，音調(diào)叫顯升高。教師可請幾位同學(xué)親自動手操作。感受其中的變化。最后，可以用無線話筒拾取聲音輸入電腦，用虛擬示波器軟件配合電腦輸出波形圖，在屏幕上就可以得到明顯的波形圖，弦越長。音調(diào)越低，圖像分布越疏，說明振動的頻率越低，如圖3、圖4所示。通過計算機(jī)的輔助實驗，使實驗的效果明顯得多。此實驗增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，同時加強(qiáng)了學(xué)生對波形圖的理解。

方法二：準(zhǔn)備幾根長約60至70厘米的有皺褶的軟塑料管?？蛇x取幾種管徑相同但皺褶間隔不同的塑料管。演示操作十分簡單，可讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成：用手握住塑料管的一端。使管子在空中較快地旋轉(zhuǎn)，就會發(fā)出悅耳的聲音，旋轉(zhuǎn)的速度不同，發(fā)出聲音的音調(diào)也就不同，塑料管旋轉(zhuǎn)得越快，由于發(fā)聲的頻率增大，發(fā)出的音調(diào)越高。演示時稍改變其旋轉(zhuǎn)速度，就會發(fā)現(xiàn)發(fā)聲的音調(diào)不同，且整個教室均可很清晰聽到、看到，效果非常明顯。在塑料管旋轉(zhuǎn)時，因為旋轉(zhuǎn)端快速運動使之氣壓減小，空氣從手握的管端流向旋轉(zhuǎn)端，從而發(fā)生振動，其振動頻率南管子皺褶的間隔及空氣的流速決定。

方法三：用發(fā)音齒輪演示。如圖5所示，發(fā)音齒輪的中軸上附有三個齒輪片分別是40齒、60齒、80齒。以一定的速度轉(zhuǎn)動中軸，分別用紙片接觸三個齒輪片，就會清楚的聽到三次不同的聲音，紙片劃過40齒齒輪片時聲音音調(diào)最低，紙片劃過80齒齒輪片時聲音音調(diào)最高。圖6所示的發(fā)音齒輪原理和圖5所示發(fā)音齒輪一樣。

其他方法：1，用梳子加鋼尺，用疏密相同的梳子劃過鋼尺，聽聲音的音調(diào)和滑動快慢的關(guān)系。此實驗聲音較小，適合做學(xué)生分組實驗。2，把橡皮拉在大拇指和食指之間，用同樣的力度分別拉緊和拉松橡皮筋，觀察橡皮筋振動快慢和聽橡皮筋音調(diào)的變化。此實驗也存在不易觀察振動快慢情況的現(xiàn)象。但是實驗操作簡單，距離近，便于操作和觀察，適合做分組實驗。

上述幾種實驗方法新穎有趣，操作起來簡單方便，現(xiàn)象明顯。在實際教學(xué)中，教師可根據(jù)具體情況選取其中的一些方法對教材中的實驗進(jìn)行補(bǔ)充。以上是筆者對此演示實驗的一些改進(jìn)建議，不當(dāng)之處懇請同行批評指正。