3.1科学探究：声音的产生与传播（教案）

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第三章 声的世界
【本章概述】
声音是人们最熟悉的现象之一，学生不仅在生活中已积累了大量与声音有关的感性认识，而且在小学自然课中也学过了与声有关的常识。尽管有这些前期经验与常识，但是对于“为什么会产生声音，人们为什么能听到声音 ”大多数学生并不很清楚，对于声音在生产和技术中的应用就更是陌生。本章将使学生在已有认识的基础上，对声的世界有进一步的了解和认识。
通过对生活和自然界与声有关现象的观察，使学生感觉到物理就在身边，培养他们喜欢物理知识、热爱自然的情感。通过利用简单的生活用具、乐器进行有关声现象的实验，使学生逐步形成充分利用手边器材进行科学研究的习惯。通过本章的学习，不仅要使学生知道什么是超声、次声和噪声，更重要的是应该了解超声技术在生活、生产、科技和国防等方面的应用；有自觉减少次声和噪声源的意识，对社区的声环境有简单的评价，对社区中的声污染能提出防范和改进意见。
【本章教学要求】
1.通过实验探究，初步认识声产生和传播的条件。
2.了解乐音的特性。
3.了解现代技术中与声有关的应用。
4.知道防治噪声的途径。
【本章教学重点】对声的世界了解和认识。
【本章教学难点】充分调动学生的思维使学生体会到探究的意义，同时注意培养学生对各种现象和结论的表述能力。
【本章课时分配】
内容 课时
第一节 科学探究：声音的产生与传播 1
第二节 乐音与噪声 1
第三节 超声与次声 1
本章单元总结与提升 1
【本章教学建议】在本章教学中应以观察、实验、分析为主，强调知识与生活、社会的紧密联系。教学中还要强调学生的积极参与和勇于表达自己观点的精神；要鼓励学生做一些与声现象有关的家庭观察和小实验；要指导学生阅读一些与声有关的科技(普)资料，并让学生做一些适当的社会调查。本章实验器材也应以简便易得的为主，实验要简单，现象应明显。
第一节　　科学探究：声音的产生与传播
一、教学目标
【知识与技能】
1. 通过观察和实验初步认识声音产生和传播条件。
2. 知道声音是由物体振动发生的。
3. 知道声音传播需要介质，声音在不同介质中传播速度不同
【过程与方法】
1. 通过观察和实验的方法探究声有是如何产生的？如何传播的？
2. 通过探究活动，培养学生初步的观察能力和初步的研究问题的方法。
【情感、态度与价值观】
1. 通过教师的引导、组织和学生的探究活动，激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲望，使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
2. 在教学活动中，注意培养学生参与、交流、合作的意识，敢于提出自己见解的精神。
3. 初步认识科学对人类社会和生活的实际意义，培养热爱科学、勇于探索的意识。
二、教学重点难点
重点：通过实验探究，初步认识声产生的条件与传播条件，经过观察物体的发声现象，能简单描述发声体的主要特征
难点：设计探究的实验,能分析、解释简单的声现象
三、课时安排
1课时
四、教与学互动设计
（一）创设情境，导入新课
【导语一】播放一段录象让学生注意观察所发生的现象：欣赏影片中各种各样的声音，以激发学生的兴趣和学习热情.
【导语二】我们生活在充满声音的世界之中，每天听老师讲课获取各种知识，听电台广播新闻了解天下大事，听音乐陶冶情操．我们生活在充满声音的世界里，声音是自然界普遍存在且非常直观的现象。
【导语三】教师组织学生观察：课本图3－1到图3—4四幅图，让学生模拟它们发声，激活课堂气氛。
【导语四】从本节课开始我们将研究自然界中声音的有关知识。同学们自己想知道有关声音的哪些方面的知识
学生：
(1)声音是怎样产生的
(2)我们人耳是怎样听到声音的
(3)声音是怎样传到我们人耳的
(4)为什么有的声音悦耳动听，有的却很难听
教师在赞赏肯定的同时有选择地摘录学生提出的问题，并确定本节课研究的主题就是学生刚才提出的问题中的某几个，并说明其他的问题会在以后的学习中逐渐探索，也可以课后去查找资料，自己先行研究。
（二）合作交流，解读探究
1、声音的产生
【做一做】教师要求学生利用身边物体或自带器材 (如音叉、烧杯、水、纸屑、尺子振动、声带振动、击打纸片等) 发声
【提示】教师提醒学生注意发现问题。进行指导，帮助学生进行实验探究，处理可能出现的问题。
【议一议】学生交流讨论：探究物体发声时，有没有共同特征？
【点拨】大家看到以上几个实验中的发声体都在“动”．请同学们再重复做这几个实验，认真观察并思考这些发声体“动”的特点．
由学生自己进行分析和总结，初步认识到“一切正在发声的物体都在振动，振动停止，发声也停止．”
【小结归纳】声音是由物体的振动产生的，振动停止，发声停止。
【演示】用收音机播放一小段音乐．并问，这美妙的乐声也是有发声体在振动吗？从收音机中小心地取出喇叭，让学生想一下，用什么办法可以验证发声的喇叭在振动？用碎纸揉成纸团放在喇叭纸盆上，打开收音机音量旋钮，请几位同学到讲台上来观察共叙述观察到的现象是：小纸团在喇叭纸盆上跳动，并闭音量旋钮，纸团停止跳动．扬声器的振动实验使学生进一步认识“声音是由物体振动产生的”。
【应用】让学生能够说一些发声作振动的实例
生：敲击锣、鼓靠锣、鼓面振动发声；弹奏乐器：胡琴、吉它靠琴弦振动发声．
【想一想】 哪位同学知道蜜蜂、苍蝇、蚊子在飞舞时如何发出“嗡嗡”声？
【点拨】它们是靠翅膀振动发声的．蟋蟀发声时复翅举起与背部成450 角，左复翅上有音锉，右复翅上有刮器(发音镜)，左右复翅迅速左右开会使复翅振动．蝗虫也是靠音锉和刮器发声，但蝗虫的音锉、刮器长的部位与蟋蟀不同．蝉靠腹部第一节两侧的两片弹性薄膜即声鼓振动发声．
大家能举出发声体不振动的实例吗？
生：哑然
2、声音的传播：
【做一做】进行“土电话”游戏，引入声音是怎样传播的这个课题。
【演示】如图所示的广口瓶内放一个音乐芯片，在瓶口塞上插有玻璃管的软木塞．
（1）此时，你能听到音乐声吗？答：能够．
（2）用抽气机将瓶内的空气抽出，在抽气机向外抽气的过程中，你听到的音乐声有什么变化？答：声音逐渐变小．
（3）如果把瓶中的空气完全抽出来，我们还能听到声音吗？答：不能．
【点拨】声音在空气中的传播，随着空气的减少，引入“真空”概念。听起来音乐声的强弱有着明显的不同。运用分析、推理的方法，引导学生去领悟其中的规律。再把空气逐渐放回玻璃罩内，声音又逐渐加强．
【小结归纳】空气能传播声音，真空不能传播声音。
【想一想】通常我们听到的声音是靠空气传播的．组织学生观察：课本图3－11、图3—12两幅图
它们在声音传播方面能说明什么问题？液体、固体可以传声
【议一议】请同学们举些液体、固体传声实例
【点拨】将要上钩的鱼，会被岸上说话声或脚步声吓跑．鱼也能被它们喜欢的声音吸引，渔民可以利用电子发声器把鱼吸引到网里．将一振源(机械表等)放在塑料袋里，然后把塑料袋密封后放在水里，能听到机械表走动声。这表明水能够传声．人耳贴在铁轨上能听到远处火车的轰鸣声．狗在睡觉的时候，把一只耳朵贴在地面上，能听到远处的声音．伏在课桌上能听到机械表走动声．声音能靠一切气体、液体、固体物质作媒介传播出去，这些作为传播媒介的物质常简称为介质．声音是靠介质传播的．
【小结归纳】固体、液体、气体都能传播声音，真空不能传声。声音的传播需要介质。
【讨论交流】月球上的宇航员如何交谈？登月宇航员们虽近在飓尺，也只能靠无线电话交谈．
【拓展】如图发声的鼓面在振动，会在空气中激起向周围传播的声波．声音也是一种波。波是物质运动非常重要的一种形式。播放一段录象让学生观察水波,声波与水波类似,只是我们看得见水波，而看不见声波．声波传到我们的耳朵会引起鼓膜振动，产生听觉．
3、声速：
【议一议】声音传播需要时间吗？能举一些实例吗？
【点拨】声音传播需要时间，比如：回声；赛跑时，看见发令员鸣枪的烟雾后才能听到枪声；雷电同时发生，但我们看到电闪后，才能听到雷鸣，说明声音的传播一定需要时间．
【猜想】声音在固体、液体、空气中传播时，在哪种介质中传播得最慢？
【点拨】阅读课本“一些物质中的声速”表．一般来说，声音在固体中传播得最快，在气体中传播得最慢。v固体>v液体>v气体，声音在不同的物质中传播的速度不同
【小结归纳】不同介质中的声速是不同的。15℃声音在空气中的速度为340m/s。
（三）应用迁移，巩固提高
类型之一：声音是由物体的振动产生
【例1】如图所示，敲响右边的音又，左边完全相同的音叉也会发声，并且把泡沫塑料球弹起．这个实验说明了什么
解析：右边音叉的振动通过空气传给了左边的音叉．使左边的音叉也振动发声，并且把泡沫塑料球弹起
【变式1】振动声音的情况是多种多样的，例如，人说话、唱歌的声音是靠______的振动；鸟叫声是靠鸟的气管和支气管交界处______的振动；蟋蟀叫声则是靠____________的振动。
解析：声音是由于物体的振动产生的，振动的物体叫声源，人说话、唱歌的声源是声带，鸟鸣的声源是鸣膜，蟋蟀叫声的声源是左右翅的摩擦。
【变式2】在敲响大钟时，有同学发现，停止了对大钟的撞击后，大钟“余音未止”，其原因是 [ B ]
A．一定是大钟的回声
B．有余音说明大钟仍在振动
C．是因为人的听觉发生“延长”的缘故
D．大钟虽已停止振动，但空气仍在振动
解析：声音是由于物体的振动产生的，停止了对大钟的撞击后，大钟“余音未止”，说明虽然停止敲击古钟,但是古钟仍然在振动。振动停止，发声才停止．
类型之二：声音的传播需要介质
【例2】如图所示，在树上，有几只喜鹊在树上欢叫，听觉良好的张倩在一间门窗紧闭的房间内，靠近单层玻璃的窗户能听到室外喜鹊的欢叫声；此时王丽正站在对面房内的窗前，此房间的窗户也是紧闭，她靠近的窗户玻璃是双层玻璃做的（双层玻璃的夹层内被抽成了真空），他却几乎听不到室外喜鹊的“歌声”。
运用所学的物理知识，解释为什么王丽在乙房间内几乎听不到室外喜鹊的“歌唱笑声” ，而张倩能在甲房间听到室外喜鹊的“歌唱声”？
张倩和王丽在两个房间内都能看到室外树上的鸟，而只能在张倩的房间听到室外的鸟叫声，对此你能提出一个什么问题？
解析：(1)王丽所在房间被双层玻璃隔开,中间抽成真空,真空不能传声.张倩所在的房间只有间层玻璃,声音可以通过玻璃传播.
(2)声音的传播需要介质,光的传播需要介质吗
【变式题】（05年北京市）已知空气可以传播声音，请设计一个简易实验，证明固体也能够传播声音。请写出实验所需要的器材、实验步骤以及实验分析与结论。要求设计的实验要有可行性，要符合安全原则。
( l )实验器材：
(2)实验步骤：
(3)实验分析与结论：
解析1：
实验器材：大广口瓶、橡皮塞、小闹钟
实验步骤：把小闹钟调至响振状态，然后轻放于大广口瓶中，听小闹钟的铃声，要求能听到明显的铃声。用橡皮塞盖在广口瓶的瓶口并盖紧，要求不漏气。然后再听小闹钟的铃声。
实验分析与结论：瓶内空气和瓶外空气完全大广口瓶和橡皮塞隔离，如果此时仍能听到小闹钟的铃声则可证明听到的铃声是通过大广口瓶和橡皮塞传播出来的，即固体也能传声。
解析2：
实验器材：白纸、铅笔、长条桌
实验步骤：同学甲在长条桌的一端用铅笔在白纸上用力均匀地写“一”，同时同学乙在桌子的另一端把耳朵贴在桌面上听甲在白纸上写“一”的声音，重复几次实验，都可以清晰地听到写“一”时的声音。同学乙将耳朵离开桌面（注意调整耳朵与笔的距离，保证与上几次实验相比，耳朵与笔的距离相同），同学甲在相同的条件下继续写“一”，重复几次实验，都听不到甲在白纸上写“一”的声音。
实验分析与结论：在相同条件下，耳朵贴在桌面上听到声音，在空气中则听不到声音，说明听到的声音是通过桌子传播的，即固体可以传声。
【点评】本题是一道实验设计题，实验要有可行性且符合安全原则。实验器材的选取要和实验步骤一致，不可或多或少；实验步骤中要有明显清楚的对比、控制实验条件等控制变量的方法和措施。本题的三个小题是个整体，应从整体上把握。本题不是简单的考察实验仪器的操作，也不是课本实验的重复，而是从我们的生活实际出发，考察我们在真实情境中应用知识，规划、设计实施实验和解决问题的能力。
类型之三：声音在不同的物质中传播的速度不同
【例3】关于声音的传播，下面说法中正确的是 ( D )
A．声音在气体中传播时受到的阻碍较小，传播速度较大
B．固体、液体、气体都能传播声音，且传播速度相同
C．雷电发生时，我们总是先看见闪电后听到雷声，这是因为先发生闪电后产生雷声
D．某人敲了一下自来水管，声音经空气、水管同时传播，另一端的人可能听到两次声音
解析： 声音是靠一切气体、液体、固体物质作为介质传播的，声音在固体中传播得较快，液体中次之，空气中传播得较慢。某人敲一下自来水管，若水管中无水，将会在另一端听到两次声音，第一次由自来水管传来，第二次则由空气传来。
【变式题】请你想象一下，如果“声音的速度变为0.1m/s”，我们的世界将会有什么变化？请写出三个有关的场景。__________________________________________________________
解析：声音在空气中的速度为340m/s，如果“声音的速度变为0.1m/s”， 根据声音速度变慢来分析可能发生的情形。在讲话时,对方要很长时间才能听到;赛跑时,发令枪响,运动员要过一段时间才能听到;人听到汽车喇叭来不及避让等.
（四）总结反思，拓展延伸
【总结】(1)声音的产生
(2)声音的传播
(3)声音在不同介质中传播的速度不同。
（引导学生自己总结，教师予以点评）
【点拨】(1)物体发声的共同特征是振动．声音是由于物体的振动而产生的。声音的产生条件，一是要有发声体，二是发声体要振动.振动的物体叫声源。
(2)物体振动发声包括固体振动发声、液体振动发声和气体振动发声．
声音靠介质（一切固体、液体、气体）传播。它是波的形式传播，称为声波，波是传递能量的一种形式。真空不能传声。真空是不能传声的宇航员在太空舱外开展活动时，彼此之间的交流全靠无线电的对讲机，这就是很好的实例.
(3)正常情况下，固体中传声的速度快于液体，而液体中传声的速度快于气体声音，在空气（15℃）的传播速度为340米／秒。声速跟介质的种类有关，还跟介质的温度有关．
【拓展】回声及其利用
回声是声音从振动的发声体发出遇到山崖、墙壁等障碍物反射回来使其又传入人耳的声音。人耳区分回声和原声的最短时间间隔是0.1秒。利用回声可以测定距离.例如要测定海底的深度，可以从船上发出特定的声音，并使用特定的仪器接收到回声信号，并记录下回声和原声之间的时间间隔t，在查出声音传播速度v的条件下，即可求出海底的深度.
【思考】驰名中外的北京天坛里的回音壁、三音石、圜丘三处建筑有非常美妙的声音现象，它是我国古代建筑师利用声音的__________原理造成的音响效果
解析：天坛里的回音壁、三音石都是利用声音的反射，分别听到回声与原声而造成的；圜丘是利用回声与原声混在一起使声音更加响亮而造成的。故应填：反射。
（五）当堂检测反馈
(1) 在扬声器纸盆内放些碎泡沫，当扬声器发声时出现图所示的现象，这现象说明了声音是由于物体的______发生的。声音可以在______ 中传播.
答案：振动 空气
(2) 铁道游击队为了听见远处的火车声，将耳朵贴在铁轨上，这是因为____________。
答案：声音在铁轨（固体）中比空气中传播的快
(3) 能说明“液体可以传播声音”的事例是（ ）
A．我们听到雨滴打在雨伞上的“嗒嗒”声
B．我们听到树枝上小鸟的“唧唧”声
C．将要上钩的鱼被岸边的说话声吓跑
D．人在小溪边听到“哗哗”的流水声
答案：C
(4)某人面对山谷对面的山峰喊一声， 1．5秒后听到回声，求人与山峰之间的距离．
解析：s=vt=340m/s×2×1.5s=1020m
(5) 经过半年多星际旅行，美国“勇气”号火星车于太平洋时间3月20日左右，在火星表面成功着陆，如图所示，并于20时52分向地球发回第一个信息。某网站报道：在距地面12米时，降落伞绳索自动断开，被气囊包裹得严严实实的“勇气”号，像皮球一样落在火星表面翻滚弹跳，并发出“嘭嘭”碰撞声。请指出这段描述中哪句话有科学性错误。
答案：火星上没有传声的物质听不到“嘭嘭”声
五、资料链接
人耳
耳是听觉器官的统称，其结构如图所示。人耳可分为外耳、中耳和内耳，连同各级听觉中枢记成了令人惊奇的听觉系统。听觉的机理，包括从声波的机械振动至电、化学、神经脉冲、中枢信息加工等一系列复杂过程。
　
听觉的声学过程发生在外耳、中耳和内耳的耳蜗部分；听觉的神经过程发生在耳蜗的感受器部分、听神经及听觉中枢。我们这里简要介绍一下听觉的声学过程，这是人们已搞清楚的部分，而听觉的神经过程，目前人们还在探索之中。
外耳包括耳廓和外耳道，主要起集声作用；中耳包括鼓膜、听骨链、鼓室、咽鼓管等机构，主要起传声作用；内耳包括半规管、前庭、耳蜗三部分，其中耳蜗主要起感声作用。
双耳听闻效应
人耳的一个重要特性是能够判断声源的方向与远近。通常人们利用双耳听闻，人耳在头部的两侧，约距20cm，由于到达双耳地声音有微小的时间差、强度差和相应差，人们就能辨别声音的方向，确定声源的位置听觉上有了方位感这一特性，即使有若干个声源同时发声，人们也能分辨出它们各自所在的方向，甚至在声音很多的情况下，某一声音（直达声、反射声）在不同的时刻到达两耳，人们仍能判断它们是来自不同一个声源的声音。双耳定位能力使人们有可能在嘈杂的噪声环境中分辨出来自某个方向的所需注意的声音。单耳听闻就不容辨别声音的方位。双耳听闻效应在厅堂音质设计中占有重要的地位。目前，剧场观众厅扩声系统中的场声器倾向于配置在台口上方，也是考虑到人耳左右水平方向的分辨能力远大于上下垂直方向而确定的，从而克服了过去把扬声器组配置在台口两侧所造成部分听众感到声音来自侧向的缺陷，避免使听众明显地感到场声器发出的声音与讲演者的直达声来自不同的方向。
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