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“聲音的特性“之教學(xué)案例
“聲音的特性“教學(xué)案例
山東省臨清市自忠中學(xué) 王洪剛
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識目標(biāo)
1.了解聲音的特性。
2.知道樂音的音調(diào)跟發(fā)聲體的振動(dòng)頻率有關(guān),響度跟發(fā)聲體的振幅有關(guān)。
3.不同發(fā)聲體發(fā)出樂音的音色不同。
二、能力目標(biāo)
1.通過做“音調(diào)與頻率有關(guān)的實(shí)驗(yàn)”和“響度與振幅有關(guān)的實(shí)驗(yàn)”,進(jìn)一步了解物理學(xué)研究問題的方法。
2.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。
三、情感目標(biāo)
1.體會現(xiàn)實(shí)世界物體的發(fā)聲是豐富多彩的,培養(yǎng)學(xué)生更加熱愛世界、熱愛科學(xué)的品質(zhì)。
2.培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的意識。
【教學(xué)重點(diǎn)】
音調(diào)、響度、音色的概念及其影響因素。
【教學(xué)難點(diǎn)】
探究決定音調(diào)、響度的因素。
【教學(xué)方法】
探究法、演示法。
【教學(xué)用具】
鋼尺(若干)、示波器、音叉、乒乓球(系有細(xì)繩)、鐵支架、口琴、笛子、小提琴、錄音磁帶、錄音機(jī)。
【課時(shí)安排】
1課時(shí)
【教學(xué)過程】
一、創(chuàng)設(shè)問題的情境,引入新課
[師]生活中我們接觸到的聲音各種各樣,千差萬別。其中有許多聲音讓我們感到悅耳、動(dòng)聽。例如:音叉發(fā)出的聲音、人歌唱的聲音、各種樂器的演奏聲等,它們都是物體做規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音,物理學(xué)中把這類聲音叫做樂音。請同學(xué)們注意聽下面的歌曲(男低音獨(dú)唱曲、女高音獨(dú)唱曲),比較這兩支歌曲的演唱風(fēng)格有什么不同?
[生甲]前者的演唱聲音低沉,后者的演唱聲音尖細(xì)。
[生乙]前者的演唱是通俗唱法,后者的演唱是民族唱法。
[生丙]前者的演唱聲音小,后者的演唱聲音大。
[生丁]前者的演唱音調(diào)低,后者的演唱音調(diào)高。
[師]有的聲音聽起來音調(diào)高,有的聲音聽起來音調(diào)低,聲音為什么會有音調(diào)高低的不同呢?讓我們一起來做下面的探究活動(dòng)。
二、進(jìn)行新課
[探究]音調(diào)和頻率的關(guān)系。
[師]每組的實(shí)驗(yàn)臺上備有鋼尺,請同學(xué)們想辦法使鋼尺發(fā)聲。
[生]把鋼尺緊壓在桌面上,一端伸出桌邊,撥動(dòng)鋼尺,聽它振動(dòng)發(fā)出的聲音。
[師]使鋼尺伸出桌邊的長度短一些,注意觀察鋼尺振動(dòng)發(fā)聲時(shí)振動(dòng)得快慢及聲音的特點(diǎn)。
[生]鋼尺振動(dòng)得較快,聲音尖而細(xì)。
[師]使鋼尺伸出桌邊的長度較長一些,再次撥動(dòng),注意要使鋼尺兩次振動(dòng)的幅度大致相同,比較兩種情況下鋼尺振動(dòng)得快慢和發(fā)出的音調(diào)。
[生]當(dāng)鋼尺伸出桌邊的長度較短時(shí),鋼尺振動(dòng)得較快,音調(diào)高;當(dāng)鋼尺伸出桌邊的長度較長時(shí),鋼尺振動(dòng)得慢,音調(diào)低。
[師]同學(xué)們剛才的探究活動(dòng)很成功,為同學(xué)們成功的合作及探究鼓掌。請同學(xué)們閱讀教材20頁內(nèi)容,回答下面的問題:
[投影]
1.頻率的物理意義是什么?什么叫頻率?
2.在國際單位制中,頻率的單位是什么?
3.物體振動(dòng)得快慢、頻率跟音調(diào)的關(guān)系是什么?
4.大多數(shù)人能夠聽到的頻率范圍是什么?
5.什么叫超聲波?什么叫次聲波?
6.生活中你對超聲波、次聲波了解多少?能說出它們的一些用處嗎?
[生]閱讀教材內(nèi)容,并討論上述問題。
[師]指導(dǎo)學(xué)生帶著問題去閱讀。
[生答]
1.頻率是用來描述物體振動(dòng)快慢的物理量,物理學(xué)中把物體在每秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)叫做頻率(frequency)。
2.在國際單位制中,頻率的單位是赫茲(Hertz),簡稱赫,符號為Hz。
3.實(shí)驗(yàn)表明,頻率決定聲音的音調(diào)。物體振動(dòng)得快,頻率高,發(fā)出的音調(diào)就高;物體振動(dòng)得慢,頻率低,發(fā)出的音調(diào)就低。
4.大多數(shù)人能夠聽到的頻率范圍從20 Hz到20000 Hz。其中20 Hz是人類聽覺的下限,20000 Hz是人類聽覺的上限。
5.頻率高于20000 Hz的聲音叫做超聲波(supersonic wave)。
頻率低于20 Hz的聲音叫做次聲波(infrasonic wave)。
6.超聲波有兩個(gè)特點(diǎn):一個(gè)是能量大,一個(gè)是沿直線傳播。
超聲波的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面
(1)超聲波加濕器、治療咽喉炎及氣管炎的藥液霧化器利用超聲波的高能量將液體破碎成許多小霧滴。
(2)超聲波清洗污垢。
(3)聲納利用超聲波基本上沿直線傳播探測水中的暗礁、敵人的潛艇,測量海水的深度。
(4)超聲波探傷儀利用超聲波沿直線傳播探測金屬、陶瓷、混凝土制品內(nèi)部是否有氣泡和裂紋。
(5)醫(yī)院利用B超(B型超聲波)分析體內(nèi)的病變。
(6)許多自然災(zāi)害如地震、火山爆發(fā)、龍卷風(fēng)等在發(fā)生前都會發(fā)出次聲波,科學(xué)家們用次聲波來預(yù)測臺風(fēng)、研究大氣結(jié)構(gòu)等,在軍事上可以利用次聲來偵察大氣中的核爆炸、跟蹤導(dǎo)彈等等。
[師]有趣的是很多動(dòng)物都有完善的發(fā)射和接收超聲波的器官。例如蝙蝠,飛行中不斷發(fā)出超聲波的脈沖,依靠昆蟲身體的反射波來發(fā)現(xiàn)食物。海豚也有完善的“聲納”系統(tǒng),使它能在混濁的水中準(zhǔn)確地確定遠(yuǎn)處小魚的位置。
[生]老師,現(xiàn)代的無線電定位器──雷達(dá),就是仿照蝙蝠的超聲波定位系統(tǒng)制造的。
[師]的確是這樣,這門新學(xué)科叫仿生學(xué)。另外,有些動(dòng)物對高頻聲波反應(yīng)靈敏(如貓、狗、海豚),而有些動(dòng)物對低頻聲波有很好的反應(yīng)(如大象可以用人類聽不到的“聲音”進(jìn)行交流,實(shí)際上大象的語言對人類來說就是一種次聲波)。請同學(xué)們課后通過查閱資料、訪問網(wǎng)站等多種途徑,了解超聲波和次聲波的應(yīng)用,并利用活動(dòng)課進(jìn)行交流。
[演示]觀察聲波的波形
[師]簡單介紹示波器的作用:
在這里,我們要用示波器顯示聲波的波形。
[生]示波器為什么可以顯示聲波的波形呢?
[師]示波器的構(gòu)造復(fù)雜,工作原理要在高中物理的電場部分涉及到,目前同學(xué)們的知識還不足以理解它。另外,我們也沒有必要弄懂它,只要我們會正確使用就行了。下面讓我們一起來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
1.通過示波器觀察兩個(gè)頻率不同的音叉發(fā)出聲音的波形,比較不同頻率的聲音的波形有什么差別。
2.通過示波器觀察不同的男女同學(xué)發(fā)出聲音的波形,比較男女
[1] [2] 下一頁
學(xué)生聲音的波形有什么不同?
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
1.兩個(gè)頻率不同的音叉發(fā)出聲音的波形相似,但頻率高的音叉的波形要密一些。
2.男、女學(xué)生聲音的波形不同,女同學(xué)的音調(diào)比男同學(xué)高,波形就密一些。
[生]老師,輕敲和重敲同一個(gè)音叉(即頻率相同的音叉),音叉發(fā)聲的波形有什么不同?
[師]這個(gè)問題提得很好,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),讓我們做做看。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
輕敲音叉時(shí),波形的幅度小;重敲音叉時(shí),波形的幅度大。但兩種情況下,波形的疏密程度相同。
[想想議議]
[師]振動(dòng)會發(fā)出聲音,為什么我們聽不到蝴蝶翅膀振動(dòng)發(fā)出的聲音,卻能聽到討厭的蚊子聲?請同學(xué)們分組討論。
[生]分組討論。
[師生共同活動(dòng),總結(jié)上述問題]
蝴蝶的翅膀一秒鐘振動(dòng)不超過10次,蚊子的翅膀一秒鐘振動(dòng)500~600次,由于蝴蝶的翅膀振動(dòng)的頻率低于人耳能夠聽到的頻率范圍,當(dāng)然人耳聽不到蝴蝶翅膀振動(dòng)發(fā)出的聲音。而蚊子翅膀的振動(dòng)頻率在人耳的聽頻范圍內(nèi),人耳就能聽到蚊子翅膀振動(dòng)發(fā)出的聲音。
[師]聲音有音調(diào)的不同,也有強(qiáng)弱的不同。物理學(xué)中把聲音的強(qiáng)弱叫做響度。響度也就是我們平常所說的聲音的大小。怎樣才能使物體振動(dòng)發(fā)出的聲音更響?
[生]大膽地猜想。應(yīng)該使物體振動(dòng)的幅度大一些。
[師]同學(xué)們能設(shè)計(jì)一些切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)你們的猜想嗎?
[生甲]輕敲鼓面,鼓皮振動(dòng)的幅度小,聲音弱,響度小;重敲鼓面,鼓皮振動(dòng)的幅度大,聲音強(qiáng),響度大。
[生乙]撥動(dòng)小提琴的琴弦,琴弦振動(dòng)的幅度小,琴聲弱,響度小;琴弦振動(dòng)的幅度大,琴聲強(qiáng),響度大。
[師]同學(xué)們剛才的猜想和論證都具有一定的科學(xué)性,值得表揚(yáng)。下面讓我們利用準(zhǔn)備的儀器進(jìn)行探究活動(dòng),證實(shí)同學(xué)們上面的猜想。
[探究]響度跟什么因素有關(guān)?
1.用細(xì)線把乒乓球吊起來,使乒乓球靜止在豎直位置,恰好跟音叉的一個(gè)叉股接觸。輕敲音叉,觀察乒乓球被彈開的幅度。
2.重敲音叉,使音叉發(fā)出響度更大的聲音,觀察乒乓球被彈開的幅度。
3.比較音叉發(fā)出不同響度的聲音時(shí),乒乓球被彈開的幅度有什么不同。
4.通過上面的探究活動(dòng),可以得出什么結(jié)論?
[生]分組實(shí)驗(yàn),探究響度跟什么因素有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
1.音叉發(fā)出聲音的響度小,乒乓球被彈開的幅度小,音叉振動(dòng)的幅度小;音叉發(fā)出聲音的響度大,乒乓球被彈開的幅度大,音叉振動(dòng)的幅度大。
2.通過上面的探究活動(dòng)可知,響度跟發(fā)聲體振動(dòng)的幅度有關(guān),物體振動(dòng)的幅度越大,產(chǎn)生聲音的響度越大。
[師]物體振動(dòng)的幅度叫振幅。物體的振幅越大,聲音的響度就越大。
[生]振幅是確定響度的唯一因素嗎?
[師]實(shí)際中,響度還跟聽者與發(fā)聲體的距離有關(guān)。距發(fā)聲體越遠(yuǎn),聽到的聲音越小,響度越小。(可以向?qū)W生簡單介紹原因:因?yàn)槁曇粼趥鞑ミ^程中,越到遠(yuǎn)處越分散。)
[演示]音調(diào)和響度的關(guān)系
用口琴先用力吹“1”,再輕輕吹“5”。請同學(xué)們比較它們音調(diào)的高低,響度的大小。
[生甲]“1”的響度大。
[生乙]“5”的響度小。
[生丙]“1”的音調(diào)低。
[生丁]“5”的音調(diào)高。
[師]通過上面的實(shí)驗(yàn),我們可以發(fā)現(xiàn):音調(diào)和響度是聲音的兩個(gè)不同的特征。
響度大的聲音,音調(diào)不一定高;
音調(diào)高的聲音,響度也不一定大。
在同一首歌曲中,音調(diào)低的“1”可以唱得比音調(diào)高的“5”更響。
[練習(xí)]請同學(xué)們討論并回答,蚊子的叫聲與黃牛的叫聲相比,哪個(gè)音調(diào)高?哪個(gè)響度大?
參考解答:
蚊子的叫聲音調(diào)高;
黃牛的叫聲響度大。
[師]頻率的高低決定聲音的音調(diào)。但是不同的物體發(fā)出的聲音,即便音調(diào)相同,我們還是能夠分辨它們。這表明在聲音的特征中還有一個(gè)因素是十分重要的,它就是音色。
物理上,把不同的物體發(fā)出的聲音具有不同的特色叫音色(musical quality)。
[想想做做]
[師]請兩位同學(xué)藏在講桌后面,分別用不同的樂器(口琴和笛子)演奏C調(diào)的“1”,讓同學(xué)們猜他們用的各是什么樂器?
[生甲]第一位同學(xué)用的是口琴。
[生乙]第二位同學(xué)用的是笛子。
[師]兩位同學(xué)猜得都對。為什么這兩位同學(xué)猜得如此準(zhǔn)呢?
[生]因?yàn)樗鼈兊囊羯煌?br /> [師]播放錄音(分別用小提琴和二胡演奏的《二泉映月》)。同學(xué)們能不能分辨出由不同樂器演奏的同一首樂曲。
[生]據(jù)它們的音色不同來分辨。
[演示]觀察波形。
將話筒接在示波器的輸入端,用不同的樂器對著話筒發(fā)出相同音調(diào)的聲音(都發(fā)C調(diào)的“1”),比較各波形有何異同?
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
不同樂器演奏C調(diào)的“1”時(shí),波形各不相同,音調(diào)相同,頻率相同;但振幅不同,響度不同。
[想想做做]
[師]在上節(jié)的活動(dòng)課上,我已經(jīng)讓同學(xué)們用錄音機(jī)聽自己的錄音,然后把自己的錄音與自己的原聲作了比較。在這里,我們要讓別的同學(xué)聽你講話,再聽你的錄音,然后加以比較,兩次聽到的聲音一樣嗎?
[學(xué)生實(shí)際操作]
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:聽別人直接講話和聽別人的錄音沒有多大差別。
分析原因:這是因?yàn)殇浺魴C(jī)錄下的是說話人通過空氣傳來的聲音,直接聽到說話人的聲音也是通過空氣傳來的,所以別人認(rèn)為像說話人的聲音。
三、小結(jié)
本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容:
1.樂音的三個(gè)特征:音調(diào)、響度和音色。
2.音調(diào)是由發(fā)聲體振動(dòng)的頻率決定的。
3.響度是由發(fā)聲體的振幅決定的。
4.不同的發(fā)聲體具有不同的音色。
四、布置作業(yè)
1.活動(dòng)課上,每個(gè)同學(xué)盡可能帶一種家里有的樂器,觀察是怎樣發(fā)出聲音的,又是怎樣改變音調(diào)和響度的。
2.制作音調(diào)可變的哨子,并用它演奏一首音樂課上學(xué)過的簡單的曲子。
3.把動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理的3題寫在作業(yè)本上。
4.自制樂器,在活動(dòng)課上交流。
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