物理八年级上册3.2乐音的三个特征-探秘音调-导学案有答案-教科版

初中物理 探秘音调
一、学习目标
1. 能从生活经验中认识到乐音的特性——音调；
2. 知道音调是由物体的振动频率决定的；
3. 能够利用控制变量法探究影响音调的因素。
二、重难点提示
重点：认识声音的音调；
难点：利用控制变量法探究影响音调的因素。
考点精讲：
音调
（1）意义：表示声音的高低。
【说明】音调用高低来表示。尖而细的音调高，粗犷而低沉的音调低。一般男生发声的音调低（男低音），女生发声的音调高（女高音）。牛的叫声音调低，蚊子的叫声音调高。语文中表示音调的词语有：曲高和寡、清脆尖细、脆如银铃、莺声燕语等。我们区分男声与女声就是通过音调来辨别的。
（2）影响因素：频率。
【说明】发声体振动的频率越大，音调越高；频率越小，音调越低。在相同情况下，发声体振动的频率跟发声体的质量及发声体的长度、粗细和紧张程度有关；质量越大，长度越长、越粗、越松，振动得越慢，频率越小，发出声音的音调就越低。如弦乐器可以通过改变弦的长度来改变音调，而管乐器可以通过改变空气柱的长度来改变音调。在探究影响音调的因素时，要用控制变量法进行探究。
【拓展】频率：①物理意义：表示物体振动的快慢；②定义：物体在每秒内振动的次数叫做频率；③单位：赫兹，简称赫，符号是Hz。
（3）音调与波形图
【说明】发声体振动的频率越大，波形就越密，音调就越高；振动的频率越小，波形就越疏，音调就越低。频率反映在图象上如图所示，甲的波形较紧密，乙的波形较稀疏，说明甲的频率大，乙的频率小。
（4）探究影响因素：控制变量法。每次实验要控制“振幅”不变。对弦而言，影响因素有：长短、粗细和松紧。
例题1 蜜蜂载着花蜜飞行时，翅膀每秒振动的次数是300次，不载花蜜时翅膀平均每秒振动440次。有经验的养蜂人能根据声音辨别出蜜蜂是飞出去采蜜，还是采了花蜜飞回来了。养蜂人主要是根据什么特征来辨别的（ ）
A. 声音的响度不同 B. 声音的音调不同
C. 飞行的高低不同 D. 飞行的路线形状不同
思路分析：蜜蜂载着花蜜飞行时，翅膀每秒振动的次数少，声音的音调低；不载花蜜时翅膀平均每秒振动次数多，声音的音调高。
答案：B
例题2 小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使弦张紧程度相同的条件下，发声的音调还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关。于是，她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确。下表是她在实验时控制的琴弦条件。
琴弦的材料 琴弦的长度/cm 琴弦的横截面积/mm2
A 钢 20 0.3
B 钢 20 0.7
C 尼龙丝 30 0.5
D 铜 40 0.5
E 尼龙丝 40 0.5
（1）如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用编号为____________的琴弦（只填字母代号）。
（2）探究过程通常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；③提出问题（或猜想）；④得出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采用的合理顺序应该是______________（只填写数字代号）。
（3）在上述实验过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做________________________________。
思路分析：因为小兰猜想弦发声的音调与弦的粗细、长短及弦的材料有关，所以要探究琴弦发声的音调与琴弦材料的关系，应控制长度和横截面积相同而材料不同，故选D、E。探究过程应符合探究问题的规律。
答案：（1）D、E （2）③、①、②、④ （3）控制变量法
【技巧点拨】由于琴弦发声的音调可能与弦的粗细、长短及弦的材料等因素有关，因此在研究音调和其中一个因素的相互关系时，必须保持其他因素不变，然后观察研究音调与这个因素之间有什么关系。例如，研究音调的高低与琴弦长度的关系时，使琴弦的材料、横截面积保持不变，只改变琴弦的长度，从而判断出音调的高低与长度的关系，其他的依此类推。这是科学实验中探索几个物理量间相互关系时常用的一种研究方法。
【高频疑点】
生活中所说的“高声喧哗”、“高声呼喊”不是指音调。“男高音、女高音”，“这个调子很高”是指音调。“大妈们广场舞的高音喇叭”一般不指音调，“低音炮”一般却指音调。
【技巧突破】
影响声源音调的因素只有一个，即“声源振动的频率”。对于弦发声而言，影响弦的音调有弦的“长短、粗细和松紧”，在探究过程中，要利用“控制变量法”。
同步练习：
（答题时间：10分钟）
1. 吉它（一种乐器）上有五根粗细不同的弦，是为了在演奏中获得不同的（　　）
A. 音调 B. 音色 C. 响度 D. 振幅
2. “女高音歌唱家”中的“高音”是指（　　）
A. 音调高 B. 响度大 C. 音调低 D. 音色好
3.（德州）音乐会上，演员正在演奏二胡，二胡发声是因为琴弦在________，演奏过程中，演员不断调整手指在琴弦上的按压位置，是为了改变声音的________。
4. 如图所示是几种声音输入到示波器上时显示的波形，其中音调相同的是________。
5. 一般来讲，小孩的音调比成年人________（选填“高”或“低”），这是由于小孩声带的________比成年人________。
6. 以下各图是我们学习过的有关声现象的小实验，其中：
（1）如图1所示，拿一张硬纸片，让它在木梳齿上划过，一次快些，一次慢些。划得快时，发出声音的音调________，这说明音调跟发声体的________________有关；
（2）观察图2，你能得出的结论是：________________；
（3）观察图3，你能得出的结论是：________________；
（4）观察图4，你能得出的结论是：________________。
7. 下表为人和一些动物的发声频率范围和听觉频率范围，参照表格回答：
发声频率范围（Hz） 听觉频率范围（Hz）
发声频率范围（Hz） 听觉频率范围（Hz）
人 85～1100 20～20000 蝙蝠 10000～120000 1000～120000
狗 452～1800 15～50000 海豚 7000～12000 150～150000
猫 760～1500 60～65000


从上表中你可以知道什么？（写出两点，意思不可类似）
8. 在声音的大小相同的情况下，通过他们的说话，就可以分出是男同学还是女同学，为什么？
9. 小明为了探究钢丝发声时，音调的高低与钢丝的长短、粗细有什么关系，他将A、B、C、D、E五根钢丝固定在木板上，如图所示。其中A、B、C长短不同，粗细相同；C、D、E粗细不同，长短相同。
实验步骤如下：
（1）分别拨动钢丝A、B、C，使三根钢丝振动的幅度相同，听到三根钢丝发出声音的音调越来越低。可得出的探究结论是：________________。
（2）接着他又用大致相同的力拨动C、D和E三根钢丝，是为了探究归纳钢丝发声的音调与________的关系。
答案：
1. A 解析：A. 吉他上的弦粗细不同，弹奏时，粗弦振动慢、音调低，细弦振动快、音调高；可见五根粗细不同的弦，是为了在演奏中获得不同音调，故A正确。B. 音色由发声体本身决定，与发声体的材料和结构有关；五根粗细不同的弦，产生的音色是相同的，就如同钢琴上不同的键盘产生的音色相同一样，故B错误。C. 弹奏吉他时，响度的大小由弹奏的力度决定，与弦的粗细无关，故C错误。D. 振幅由弹奏时的力度决定，与弦的粗细无关，故D错误。
2. A 解析：声音的三个特征分别是：音调、响度、音色，是从不同角度描述声音的。音调指声音的高低，由振动频率决定；响度指声音的强弱或大小，与振幅和距离有关；音色是由发声体本身决定的一个特性。此题中“女高音歌唱家”中的“高音”是指声音的尖锐程度，即声音的高低，故指的是音调。
3. 振动，音调 解析：演员在表演二胡时，用弓拉动琴弦，使琴弦振动发声；当不断调整手指在琴弦上的按压位置，琴弦的振动快慢就会不一样，故发出声音的音调就会不同。
4. 甲、乙 解析：从甲、乙、丙三幅图可以看出，甲和乙在相同时间内，振动的次数是相同的，因此它们的振动频率是相同的。所以甲和乙的音调是相同的；甲和丙两种波形的振幅是相同的，因此它们的响度是相同的。
5. 高，振动，快 解析：一般来说：小孩声带振动得快，所以小孩的音调比成年人的高。
6. （1）高；振动快慢（振动频率）；（2）声音是由物体振动产生的；（3）声音可以在液体中传播；（4）真空不能传声。
解析：（1）硬纸片在木梳上快速划过，木梳齿振动快、频率大、音调高，这说明音调与发声体的振动快慢（振动频率）有关；（2）喇叭发声时，发现喇叭上的豆粒跳动，即说明声音是由物体振动产生的；（3）当在鱼缸周围击掌时，由于声音可以在液体中传播，所以鱼听到击掌声后会慌乱地游动，故该现象说明了声音可以在液体中传播；（4）当用抽气机向外抽气时，会感觉听到闹钟所发出的铃音越来越小，当罩内的空气被抽尽时，我们就不能再听到闹铃的声音，故说明声音不能在真空中传播。
7. （1）不同动物发声的频率不同；（2）不同动物的听觉频率不同；（3）人的最高听觉频率比其他动物低；（4）人和动物的发声频率都比听觉频率范围小；（5）狗的听觉频率范围比人大。（答案不唯一）
解析：比较人与其他动物的发声频率范围的不同；比较人与其他动物的听觉频率范围的不同。人们把频率高于20000Hz的声音叫做超声波，它们已超过人类听觉的上限，而把频率低于20Hz的声音叫做次声波，它们已低于人类听觉的下限。
8. 在声音大小相同，即声音的响度大小相同的情况下，男生和女生的声带宽窄不同，振动的快慢不同，导致声音的音调不同，通过音调的不同，可以分辨出男生和女生的声音。 女同学的声带振动快，所产生的声音音调高；男同学的声带振动得慢些，所产生的声音音调比女同学低；我们可以通过听男生和女生声音的音调，来分出男同学和女同学。
解析：声音的特征包括音调、响度和音色；声音大小相同即响度相同，能区分男生和女生主要是通过他们发声时的音调差别。
9. （1）钢丝发声时音调的高低与钢丝的长短有关，钢丝越短，音调越高；（2）钢丝粗细。
解析：（1）A、B、C三根钢丝长短不同，粗细相同；根据控制变量法的研究思路，实验是在研究音调与三根钢丝长短的关系；可得结论：音调与钢丝的长短有关，钢丝越短，音调越高；（2）C、D、E三根钢丝粗细不同，长短相同，是为了研究音调与钢丝粗细的关系。