初中物理实验教学指导：声音响度实验展示鼓面振幅与响度的关系

（一）声音的响度

实验一　演示鼓的响度与鼓面振幅的关系

实验器材：

鼓一只，鼓槌一只，米少许，用于装米的容器。

实验步骤：

1．如图3-18，将米粒均匀撒在鼓面上。

2．用鼓槌轻轻敲击鼓面的中央，发现米粒跳起的高度较小。

3．用力敲击鼓面的中央，发现米粒跳起的高度较高。

实验结论：

鼓面振动时振幅越大，响度越大。

图3-18

实验二　演示音叉振动振幅与响度的关系

实验器材：

音叉及音箱各一只，橡皮锤一只，铁架台及铁夹各一只，乒乓球一只，透明胶带少许，50～60cm长的细线一根。

实验步骤：

1．如图3-19，将细线的一端用透明胶带粘贴乒乓球上。

2．将细线的另一端固定在铁夹上。

3．将铁夹固定在铁架台上，让乒乓球自然下垂。

4．摆放音叉，让音叉与乒乓球接触。

5．轻轻敲击音叉，发现乒乓球摆动幅度较小。

6．用力敲击音叉，发现乒乓球摆动幅度较大。

图3-19

实验结论：

音叉振动时振幅越大，响度越大。

实验三　用扬声器与音频发生器演示声音的强弱

实验器材：

扬声器一只，音频发生器一台，导线两根，烧杯一只，米适量，如图3-20。

图3-20

实验步骤：

1．将扬声器放在音频发生器上。

2．将扬声器与音频发生器通过导线连接。

3．如图3-21，将适量的米撒在扬声器的纸盆上。

4．调节音频发生器的强度，使扬声器的声音逐渐增强。

5．观察米粒的振动幅度，发现随着声音增强，米粒的振动幅度越来越大。

图3-21

实验结论：

扬声器振动时振幅越大，响度越大。

实验四　用扬声器、音频发生器及肥皂膜演示声音的强弱

实验器材：

扬声器一只，音频发生器一台，导线两根，水槽一只，肥皂液适量，铁丝弯成的圆圈一只（直径8cm左右）。

实验步骤：

1．如图3-22，将扬声器放在音频发生器上。

2．将扬声器与音频发生器通过导线连接。

3．将铁丝弯成的圆圈浸没在肥皂液中，将肥皂膜放在扬声器的上方，使肥皂膜正对着扬声器的纸盆。

4．调节音频发生器的强度，使扬声器的声音逐渐增强。

5．观察肥皂膜的振动幅度，发现随着声音增强，肥皂膜的振动幅度越来越大。

实验结论：

扬声器振动时振幅越大，响度越大。

图3-22

实验五　用薄钢尺探究声音的响度

实验器材：

钢尺一把。

实验步骤：

1．如图3-23，将一根长钢尺压紧在桌面的边缘。

2．适当调节钢尺伸出桌面的长度，并保持伸出长度不变，用大小不同的力向下拨动尺子伸出桌面一端。

3．在钢尺能够发出声音时观察钢尺振动的幅度。

4．当用力较大时，可以观察到钢尺振幅较大，此时，人听到声音的响度较大。

实验结论：

钢尺振动时振幅越大，响度越大。

图3-23

（二）声音的音调

实验一　用塑料弹性薄片演示音调和频率关系

实验器材：

书本（纸页较硬、页数较多的书），塑料弹性薄片（或薄竹片），空火柴盒（或其他小纸盒），胶水。

实验步骤：

1．先将塑料弹性薄片用胶水粘贴在火柴盒上。

2．手持火柴盒如图3-24所示，将塑料片在卷曲的书页上刮动。因为每刮过一页，塑料片就振动一次，所以会发出声音。

3．当塑料片慢慢地刮动纸页时，由于振动频率较低，听到的声音音调就较低。

4．当塑料片迅速地在纸页上刮动时，由于振动频率较高，就发出了音调较高的声音。

实验结论：

声源振动频率越高，声音的音调越高。

注意事项：

1．空火柴盒在实验中起着共鸣箱的作用。

2．本实验也可以用硬纸片在梳子的齿上划过代替。

图3-24

实验二　用薄钢尺探究声音的音调

实验器材：

钢尺一把。

实验步骤：

1．如图3-25，将一根长钢尺紧压在桌面的边缘，使钢尺伸出桌面的长度约为全长的三分之一，拨动它伸出桌面的端部，听钢尺发出的声音，观察它振动的快慢。

2．缩短钢尺伸出桌面的长度，拨动它伸出桌面的端部，使它振动的幅度跟上次大致相同，听它发出的声音跟上次相比有什么变化。

实验结论：

钢尺振动越快，频率越高，它发出的声音的音调越高。

图3-25

实验三　用洗衣机排水管演示音调和频率的关系

实验器材：

洗衣机排水管一根（长60～70cm）。(www.xing528.com)

实验步骤：

1．如图3-26，用一只手将洗衣机排水管的一端固定。

2．用另一只手使排水管的自由端旋转。

3．使管子在空中较快地旋转，就会发出某种音调的声音。

4．加速旋转塑料管时，由于频率增大，可以听到较高音调的声音。

实验结论：

声源振动频率越高，声音的音调越高。

图3-26

实验四　用发音齿轮演示音调和频率的关系

实验器材：

发音齿轮一只，手摇转台（J2129型）一台，塑料直尺（硬胶片）一把，如图3-27。

图3-27

实验步骤：

1．如图3-28，将发音齿轮固定在转台的转轴上，均匀地摇动转台使齿轮匀速旋转。手持一块硬胶片接触其中的一个齿轮，硬胶片便振动起来发出声音（这一步也可用来说明固体的振动发声）。

2．改变转台的转速，使硬胶片仍接触这个齿轮，可听到发声的音调随之改变。转速越大，硬胶片振动的频率（等于盘边的齿数与转台每秒钟转数之乘积）就越大，发出的音调就越高。

3．保持转速不变，用硬胶片由下而上依次接触不同的齿轮，硬胶片就发出音调不同的声音。齿轮的齿数越多，发声的音调就越高。

图3-28

实验结论：

声源振动频率越高，声音的音调越高。

实验五　用发音盘演示音调与频率的关系

实验器材：

发音盘（附吹气嘴），手摇转台（J2129型），皮唧（俗称“皮老虎”，J2613型），橡皮管等。

实验步骤：

1．将发音盘固定在转台的转轴上。用较长的橡皮管把皮唧跟吹气嘴连接好。

2．如图3-29所示，均匀地摇动转台，发音盘随之转动起来。当脚踏皮唧使吹气嘴对准发音盘上某一列小孔（最里面的一列排列不均匀的小孔专为演示噪声的产生而设置，本实验不用）。气流从吹气嘴流出通过小孔引起气流的振动，从而发出了声音（这一步也可用来说明气体的振动发声）。

3．改变转台的转速，使吹气嘴仍对准这一列小孔吹气，则发出的音调跟着改变。转速越大，气流振动的频率越大，发出的音调也就越高。

4．保持转台的转速不变，使吹气嘴从盘边第一列小孔往里顺次移向第二、三、四列小孔，由于孔数逐列减少，气流振动的频率也顺次变小，因而发出的音调逐渐降低。

图3-29

实验结论：

声音的音调与发声体振动频率有关，声源振动频率越高，声音的音调越高。

注意事项：

1．做好实验的关键是吹气嘴要对准发音盘的小孔吹气，并且用力均匀地手摇转台与脚踏皮唧。表演时最好请学生协助，可让学生手摇转台和脚踏皮唧，教师则专心操纵吹气嘴。这样可避免教师一人操作时顾此失彼。

2．为便于学生辨别音调的变化，在操作中应使转速较快、吹气较急。如果嫌声音不够响，可用扩音设备将声音放大。

3．如果没有皮唧，也可利用有气垫导轨的小型气源、吹风机或风箱。有一种吸尘器既能吸又能吹，也可用它来吹气。

实验六　用盛水烧瓶（水杯）演示音调与频率的关系

实验器材：

同样的玻璃杯（锥形瓶）8只，水，竹筷子（或木尺）。

实验步骤：

1．如图3-30，将八只玻璃杯依次排列在水平桌面上。

2．在八只玻璃杯中由少到多地加入适量的水（调整时，可先在第一只杯内放入少许水，使能打击出C调的“1”音，再在第二只杯内加入适量的水使能发出“2”音，余下类推）。

3．用筷子敲打时杯子能发出音阶为1、2、3……i的声音。

实验结论：

声音的音调与发声体振动频率有关，声源振动频率越高，声音的音调越高。

注意事项：

事先应仔细调节各杯内的注水量（最好借助乐器校正发音），并分别标上水位记号。这样，当向杯中灌水后，只要稍加调节，就能获得满意的效果，而且节省演示时间（即使同样的杯子，其壁厚及深度等也略有差异）。

图3-30

（三）声音的音色

实验　用直尺探究声音的音色

实验器材：

钢尺一把，塑料尺一把。

实验步骤：

1．如图3-31，将一根长钢尺紧压在桌面的边缘，适当调节钢尺伸出桌面的长度，拨动它伸出桌面的端部，使钢尺能够发出声音。

2．将一根塑料尺紧压在桌面的边缘，拨动它伸出桌面的端部，使它同样发出声音来，比较两者发出来的声音，发现声音有差别。

3．任意改变两者伸出桌面的长度，改变用力的大小，分别使之发声，不管两者发出声音的音调和响度是相同还是不同，发出的声音都有差别。

图3-31

实验结论：

不同发声体的音色不同，说明音色也是声音的一个重要的特征。

三、令人厌烦的噪声

实验一　用发音盘演示噪音

实验器材：

发音盘（附吹气嘴），手摇转台（J2129型），皮唧（俗称“皮老虎”，J2613型），橡皮管等。

实验步骤：

1．将发音盘固定在转台的转轴上。

2．用较长的橡皮管把皮唧跟吹气嘴连接好。

3．如图3-32所示，手摇转台让发音盘匀速旋转，脚踏皮唧使吹气嘴对准发音盘最里面的一列小孔。因为这列小孔排列极不均匀，冲出的气流作无规则的非周期性振动，便发出了难听刺耳的噪声。

实验结论：

声源作无规则的非周期性振动，便发出了难听刺耳的噪声。

图3-32

实验二　用薄钢尺探究乐音与噪音的区别

实验器材：

钢尺一把，玻璃一块，示波器一台，话筒一只。

实验步骤：

1．如图3-33，将一根长钢尺紧压在桌面的边缘，适当调节钢尺伸出桌面的长度，拨动它伸出桌面的端部，使钢尺能够发出声音。

2．用钢尺划玻璃，其发出的声音刺耳难听，注意听到声音的感受。

3．用示波器观察两次振动的波形，通过比较得出乐音与噪音的区别。

实验结论：

乐音是发声体作周期性、有规律地振动发出的声音；噪声是发声体作无规则地非周期性振动发出的声音。

图3-33

实验三　用录音机演示噪音

实验器材：

录音机，磁带，泡沫塑料数块。

实验步骤：

1．用录音机对比播放预先录好的优美动听的小段轻音乐和室外刺耳嘈杂的噪声，使学生认识噪声的来源及其对人类的危害。

2．在播放噪声的过程中，用泡沫塑料块较严实地将录音机隔离起来，则可发现噪声大为减轻。由此说明利用某些吸音材料可使噪声在传播过程中得到减弱。

实验结论：

乐音是发声体作周期性、有规律地振动发出的声音；噪声是发声体作无规则的非周期性振动发出的声音。