声音的特性教案.docx

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声音的特性教案

三、声音的特性

一、知识与技能

l．了解声音的特性．2．知道乐音的音调跟发声体的振动频率有关，响度跟发声体的振幅有关3．不同发声体发出乐音的音色不同．

二、过程与方法

通过做“音调与频率有关的实验”和“响度与振幅有关的实验”进一步了解和学习物理学研究问题的方法．

三、情感态度与价值观

体会现实世界物体的发声是丰富多彩的，更加热爱世界，热爱科学

教学重点　1．能对生活中音乐的三个特性进行辨别．

　2．音调、响度、音色的概念及其相关因素．

教学难点探究决定音调、响度的因素．

教学方法探究法、演示法．

教具准备钢尺（若干）、示波器、音叉、乒乓球（系有细绳）、铁支架、口琴、笛子、小提琴、录音磁带、录音机．

课时安排1课时

　导入新课

师生活中我们接触到的声音各种各样，千差万别．其中有许多声音让我们感到悦耳、动听·例如：

音叉发出的声音、人歌唱的声音、各种乐器的演奏声等．它们都是物体做规则振动时发出的声音，物理学中把这类声音叫做乐音．请同学们注意听下面的歌曲（男低音独唱曲、女高音独唱曲）t比较这两支歌曲的演唱风格有什么不同．

　生前者的演唱声音低沉，后者的演唱声音尖细．

生前者的演唱是通俗唱法，后者的演唱是民族唱法．

　生前者的演唱声音小，后者的演唱声音大．

　生前者的淡唱音调低，后者的演唱音调高．

师有的声音听起来音调高，有的声音听起来音调低，声音为什么会有音调高低的不同呢?

让我们一起来做下面的探究活动．

推进新课

板书：

（一）音调

[实验探究]音调和频率的关系．

师　　每组的实验台上备有钢尺，请同学们想办法使钢尺发声

生　　把钢尺紧压在桌面上，一端伸出桌边，拨动钢尺，听它振动发出的声音·

师　　钢尺伸出桌边的长度短一些，注意观察钢尺振动发声时振动的快慢及声音的特点·

生钢尺振动得较快，声音尖而细．

师使钢尺伸出桌边的长度较长一些，再次拨动，注意要使钢尺两次振动的幅度大致相同，比较两种情况下钢尺振动的快慢和发出的音调．

生当钢尺伸出桌边的长度较短时，钢尺振动得较快，音调高；当钢尺伸出桌边的长度较长时，钢尺振动得慢，音调低．

师同学们刚才的探究括动很成功，为同学们成功的合作及探索鼓掌·请同学们阅读教材内容．回答下面的问题．

课件展示：

1．频率的物理意义是什么?

什么叫频率?

2．在国际单位制中，频率的单位是什么?

3．物体振动的快慢、频率跟音调的关系是什么?

4．太多教人能够听到的频率范围是多少?

5．什幺叫超声波?

什么叫次声波?

6．生活中你对超声波、次声波了解多少?

能说出它们的一些用处吗?

学生阅读教材内容，并讨论上述问题．

教师指导学生带着问题去阅读．

生1.频率是用来描述物体振动快慢的物理量，物理学中把物体在每秒内振动的次数叫频率（frequency）.

板书：

物体在每秒内振动的次数叫做频率（frequency）.

2．在国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hertz），简称赫，符号为Hz·

板书：

频率的单位是赫兹（Hertz），简称赫.符号为Hz.

3．实验表明，频率决定声音的音调．物体振动得快，频率高.发出的音调就高;物体振动得慢，频率低,发出的音调低.

板书:

频率决定声音的音调.物体振动的快,频率高,发出的音调就高;物体振动的慢,频率低,发出的音调就低.

4．大多数人能够听到的频率范围从zOHz到20000Hz．其中20Hz是人类听觉的下限，20000Hz是人类听觉的上限．

5．频率高于20000Hz的声音叫做超声波（supersonicwave）.

频率低于20Hz的声音叫做次声波（infrasonicwave）.

6．超声波有两个特点：

一个是能量大，一个是沿直线传播．

超声波的应用主要有以下几个方面：

（1）超声波加湿器、治疗咽喉炎及气管炎的药液雾化器利用超声波的高能量将液体破碎成许多小雾滴．

（2）超声波清洗污垢．

（3）声呐利用超声波基本上沿直线传播探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度.

（4）超声波探伤仪利用超声波沿直线传播探测金属、陶瓷、混凝土制品内部是否有气泡和裂纹．

（5）医院利用B超（B型超声波）分析体内的病变．

师有趣的是很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官．例如蝙蝠，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物．海豚也有完善的“声呐”系统，使它能在浑浊的水中准确地确定远处小鱼的位置．

生老师，现代的无线电定位器——雷达，就是仿照蝙蝠的超声波定位系统制造的．

师的确是这样，这门新学科叫仿生学．另外，有些动物对高频声波反应灵敏（如猫、狗、海豚），而有些动物对低频声波有很好的反应（如大象可以用人类听不到的“声音”进行交流，实际上大象的语言对人类来说就是一种次声波）．请同学们课后通过查阅资料、访问网站等多种途径，了解超声波和次声波的应用，并利用括动课进行交流．

[演示实验]观察声波的波形．

师在这里，我们要用示波器显示声渡的波形．

生示渡器为什么可以显示声波的波形呢?

师示波器的构造复杂，工作原理要在高中物理的电场部分涉及到，目前同学们的知识还不足以理解它．另外，我们也没有必要弄懂它，只要我们会正确使用就行了．下面让我们一起来完成这个实验．

1.通过示渡器观察两个频率不同的音叉发出声音的波形，比较不同频率的声音的波形有什么差别．

2．通过示渡器观察不同的男、女同学发出声音的波形，比较男、女学生声音的波形有什么不同．

实验结论:

1．两个频率不同的音叉发出声音的波形相似，但频率高的音叉的波形要密一些．

2．男、女学生声音的波形不同，女同学的音调比男同学高，波形就密一些．

生老师，轻敲和重敲同一个音叉（即频率相同的音叉），音叉发声的波形有什么不同?

师这个问题提得很好，实践是检验真理的唯一标准，让我们做傲看．

实验结论：

轻敲音叉时，波形的幅度小；重敲音叉时，波形的幅度大．但两种情况下，波形的疏密程度相同．

[想想议议]

　　师振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声?

请同学们分组讨论．

学生分组讨论．

　　[师生共同活动．总结上述问题]

蝴蝶的翅膀一秒钟振动不超过10次，蚊子的翅膀一秒钟振动500～600次．由于蝴蝶的翅膀振动的频率低于人耳能够听到的频率范围，当然人耳听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音．而蚊子翅膀的振动频率在人耳的听频范围内．人耳就能听到蚊子翅膀振动发出的声音．

板书:

（二）响度

师声音有音调的不同，也有强弱的不同．物理学中把声音的强弱叫做响度．响度也就是我们平常所说的声音的大小．怎样才能使物体振动发出的声音更响?

板书:

物理学中把声音的强弱叫做响度.

生应该使物体振动的幅度大一些．麓疆同学们能设计一些切实可行的实验来证实你们的猜想吗?

　　师轻敲鼓面，鼓皮振动的幅度小，声音弱，响度小；重敲鼓面，鼓皮振动的幅度大，声音强，响度大．

　　生轻拨小提琴的琴弦，琴弦振动的幅度小，琴声弱，响度小；重拨琴弦，琴弦振动的幅度大，琴声强，响度大．

　　师同学们刚才的猜想和论证都具有一定的科学性，值得表扬．下面让我们利用准备的仪器进行探究活动，证实同学们上面的猜想．

[实验探究]响度跟什么因素有关?

1．用细线把乒乓球吊起来，使乒乓球静止在竖直位置，恰好跟音叉的一个叉股接触．轻敲音叉，观察乒乓球被弹开的幅度．

2．重敲音叉，使音叉发出响度更大的声音，观察乒乓球被弹开的幅度．

3．比较音叉发出不同响度的声音时，乒乓球被弹开的幅度有什么不同．

4．通过上面的探究活动，可以得出什么结论?

学生分组实验，探究响度跟什么因素有关．

实验结果：

1．音叉发出声音的响度小，乒乓球被弹开的幅度小，音叉振动的幅度小；音叉发出声音的响度大，乒乓球被弹开的幅度大，音叉振动的幅度大．

2．通过上面的探究活动可知，响度跟发声体振动的幅度有关，物体振动的幅度越大，产生声音的响度越大．

板书:

物体振动的幅度叫振幅.物体的振幅越大,声音的响度就越大.

生振幅是确定响度的唯一因素吗?

　师实际中，响度还跟听者与发声体的距离有关．距发声体越远，听到的声音越小，响度越小．（可以向学生简单介绍原因：

因为声音在传播过程中．越到远处越分散）

板书:

响度还跟听者与发声体的距离有关

[演示实验]音调和响度的关系用口琴先用力吹“1”，再轻轻吹“5”．请同学们比较它们音调的高低、响度的大小．

生“1”的响度大．

生“5”的响度小．

生“1”的音调低．

生“5”的音调高．

师通过上面的实验，我们可以发现：

音调和响度是声音的两个不同的特征.

响度大的声音，音调不一定高;

音调高的声音，响度也不一定大．

在同一首歌曲中，音调低的“1”可以唱得比音调高的“5”更响．

[练习]请同学们讨论并回答，蚊子的叫声与黄牛的叫声相比，哪个音调高?

哪个响度大?

参考解答；

蚊子的叫声音调高；

黄牛的叫声响度大．

板书:

（三）音色

师频率的高低决定声音的音调．但是不同的物体发出的声音，即便音调相同，我们还是能够分辨它们．这表明在声音的特征中还有一个因素是十分重要的，它就是音色．

物理上，把不同的物体发出的声音具有不同的特色叫音色（musicalquality）．

板书:

不同的物体发出的声音具有不同的特色叫音色.

[想想做做]

师请两位同学藏在讲桌后面，分别用不同的乐器（口琴和笛子）演奏c调的“1”，让同学们猜他们用的各是什么乐器．

生第一位同学用的是口琴．

生第二位同学用的是笛子．

师两位同学猜得都对．为什么这两位同学猜得如此准确呢?

生因为它们的音色不同．

播放录音（分别用小提琴和二胡演奏的《二泉映月》）．

师同学们能不能分辨出由不同乐器演奏的同一首乐曲?

生据它们的音色不同可以分辨出来．

[演示实验]观察波形．

将话筒接在示波器的输人端，用不同的乐器对着话筒发出相同音调的声音（都发c调的“1”），比较各波形有何异同．

实验结果：

不同乐器演奏c调的“1”时，渡形各不相同，音调相同，频率相同，但振幅不同，响度不同．

[想想做做]

师在上节的活动课上，我已经让同学们用录音机听自己的录音，然后把自己的录音与自己的原声作了比较．在这里，我们要让别的同学听你讲话，再听你的录音，然后加以比较．两次听到的声音一样吗?

　[学生实际操作]

　实验结果：

听别人直接讲话和听别人的录音没有多大差别．

　分析原因：

这是因为录音机录下的是说话人通过空气传来的声音，直接听到说话人的声音也是通过空气传来的，所以别人认为像说话人的声音．

课堂小结

本节课我们主要学习了以下内容：

I．乐音的三个特征：

音调、响度和音色

2．音调是由发声体振动的频率决定的

3．响度是由发声体的振幅决定的．

4．不同的发声体具有不同的音色．

布置作业

1．活动课上，每个同学尽可能带一种家里有的乐器，观察是怎样发出声音的，又是怎样政变音调和响度的．

2．制作音调可变的哨子，并用它演奏一首音乐课上学过的简单的曲子．

3．把动手动脑学物理的3题写在作业本上.

4．自制乐器，在活动课上交流．

板书设计

1．3声音的特性

（一）音调

l_频率：

物体在每秒内振动的次数叫做频率，频率的单位是赫兹，简称赫，符号为Hz．

2．频率决定声音的音调，物体振动得快，频率高，发了贩音调就高；物体振动得慢，频率低，发出的音调就低．

（二）响度

1．定义：

物理学里把声音的强弱叫做响度．

2．物体振动的幅度叫做振幅．物体的振幅越大．声音的响度就越大．响度还跟听者距离发生体的远近有关．

（三）音色：

不同的物体发出的声音具有不同的特色叫音色．

活动与探究

[课题]各种乐器发声的原理

[内容]声音是多种多样的．许多声音悠扬、悦耳，听到时感觉非常舒服，例如歌唱家的歌声、演奏家演奏的乐曲声，人们把这类声音叫做乐音．乐音的波形是有规则的．

为了欣赏各种乐音，千百年来世界各地、各民族的人民发明了各种各样的乐器．虽然各种乐器看上去千差万别，演奏方式和音乐风格也各不相同，但所有这些乐器的物理原理都是一样的．

在这节活动课上，我们要探究不同乐器发声的原理及怎样改变音调和响度．

[过程]1．许多同学都带来了家里现有的乐器，将带乐器的同学和不带乐器的同学交叉分组（要注意将带同类乐器的同学分到不同的组）．

2．练习使乐器发音，观察并体会它是怎样发出声音的，又是怎样改变音调和响度的．

3．总结交流

[结果]乐器可分为三种主要的类型：

打击乐器、弦乐器和管乐器．

1．打击乐器

鼓、锣等乐器受到打击时发生振动，产生声音．以鼓为例，鼓皮绷得越紧，振动得越快，音调就越高．击鼓的力量越大，鼓皮的振动幅度就越大，声音就越响亮．

2．弦乐器

二胡、小提琴和钢琴通过弦的振动发声．长而粗的弦发声的音调低，短而细的弦发声的音调高．绷紧的弦发声的音调高，不紧的弦发声的音调低．弦的振幅越大，声音就越响．弦乐器通常有一个木制的共鸣箱来使声音更洪亮．

3．管乐器

长笛潇等乐器，包含一段空气柱．吹奏时空气柱振动发声．抬起不同的手指，就会改变空气柱的长度，从而改变音调．长的空气柱产生低音，短的空气柱产生高音．各种号也是常见的管乐器．

习题详解

1_解析：

例如鼓、锣等，它们是靠乐器受到打击发生振动产生声音的.

例如二胡、小提琴等．它们是靠弦的振动发声的．

例如长笛、箫等，它们是靠包含的一段空气柱的振动而发声的，

2．解析:

这种哨子很好做，用塑料管和竹管都可以，只要能改变所吹管内空气柱的长度，就可以改变音调．

3．解析:

频率是指发声体在1秒内振动的次数．频率的计算公式是：

频率=发声体的振动次数／振动的时间．人能听到声音的频率为20Hz～20000Hz，现在这种昆虫的频率在人能听到声音的频率范围之内，所以人能够听到昆虫的声音．

答案：

350Hz，人类能听到．

4．解析：

水瓶中灌人不同高度的水，敲击它们，由于它们振动的频率不同，所以音调也不相同，灌水越多的音调越低，所以能发出1234567的声音来．

备课资料

一、乐音和音阶

我们生活在一个有声的世界中．优美动听的音乐可以陶冶情操，给人以美的享受，而电锯锯术的声音、小刀刮玻璃的声音使人感到刺耳难听．可见，声音可以分为两种：

前一种悦耳动听的声音叫做乐音，后一种令人厌烦的声音叫做噪音．我们在以前已经学到一些乐音和噪音的知识，现在再从物理学的角度看一看乐音和噪音的差别是什么．

把话筒接在示波器的输入端，再把发声体放在话筒前（下图），在示波器的荧光屏上可以显示出发声体的振动图象（下图）．

先用两种乐器在话筒前演奏，观察它们发声时的振动图象；再用小刀在话筒前刮玻璃，观察这种声音的振动图象（下图）．

从示波器上可以看出，乐音的振动虽然不一定按正弦规律变化，但仍是有规则的，振动的周期是一定的；而噪音的振动没有规则，没有确定的周期．

既然乐音具有确定的周期和频率，一种乐音的音调就是确定的．在音乐理论中，把一组音按音调高低的次序排列起来就成为音阶，也就是大家都知道的dou，rual，mi，fa，sou，la，ti，dou

（简谱记做“l”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“1”）．下表列出了C调音阶和D调音阶中各音的频率.

唱名

dou

ruai

mi

fa

sou

la

ti

dou（高）

设唱名的频率跟dou

的频率之比

1:

1

9：

8

5：

4

4：

3

3：

2

5：

3

15：

8

2：

1

f／Hz（C调）

264

297

330

352

396

440

495

528

f／Hz（D调）

297

334

371

396

446

495

557

594

有趣的是，高音dou的频率正好是中音dou频率的2倍，而且音阶中各音的频率跟dou的频率之比都是整数之比．

还有更有趣的事情．喜欢音乐的同学都知道，有些音一起演奏时听起来好听，有些音一起演奏时听起来不好听；前者叫做谐和音，后者叫做不谐和音．著名的大三和弦dou、mi、sou的频率比是4：

5t6，而小兰和弦ruai、fa、1a的频率比是10：

12：

15．大三和弦听起来更为谐和，那是因为三个音的频率比是更小的整数之比．随便拼凑在一起的三个音听起来不和谐，有兴趣的同学可以算一算它们的频率比，一定是三个太得惊人的整数．

从这个例子可以看到艺术后面的科学道理，但是，艺术远比1+1=2复杂，从上表中看出，频率增加一倍，音程高出8度．实际上这只对中等音高是正确的．人的感觉十分复杂，对于高音段来说，频率要增加一倍多，听起来音高才高出一个8度．如果一个书呆子调琴师按照“频率翻倍”的办法调钢琴，那就要砸饭碗了．

尽管如此，科学家们还是可以通过音乐家的实际测听，确定音高和频率的对应关系，并且据此设计出优美动听的电子乐器．

二、乐器与物理

乐器的发声、音调、响度和音品以及乐器的制作、调整方法都和物理原理有关，因此乐器就是艺术与科技的结晶．如果在学习乐器时又知道其中的物理原理，对乐器不仅能知其然，而且能知其所以然，这样对乐器的掌握就能更深一层了．

1．乐器音调的控制

乐器中除了打击乐中的非固定音高的乐器外，其他乐器的声音都有高低，这就是音调．由物理知识得知，振动的频率越高，音调也越高，反之亦然．振动体越短小、越细，振动频率就越高，振动体中张力越大，振动频率就越高．

（1）弦乐的音调

对弦乐而言，弦越短、越细，张得越紧，音调就越高．通过调节弦的粗细、长短和张力的大小就可控制其音调．按调节音调的方法，弦乐可分为：

①一弦多音

此类琴上都装有几根粗细不同但长度一样的弦．相邻的弦音调相差纯五度或纯四度．演奏者按住一根弦的某一位置，弦的一边就不振动，改变按的位置，弦振动的有效长度就发生变化．当演奏者按住不同的弦的不同位置时，弦的粗细、振动的有效长度就不同，从而使音调发生变化．

还有一种琴日q独弦琴，它通过调节弦的张力来调节音调．当拉动或推动琴杆时，运用杠杆原理拉紧或放松琴弦。

使音调升高或降低，

②一弦一音

此类琴将粗细、长短不同的弦按音调的顺序调节排列好，演奏者使哪条弦振动，这条弦就发出相应的音调．

这里调准每条琴弦的音调很重要，弦的音调是用弦轴（也叫轸）来调节的．竖式弦乐有的将弦轴做成圆锥形．利用它与弦轴孔的离合和摩擦力来调弦．缺点是张力大时容易打滑。

微调不方便．有的将弦轴做成蜗杆．利用蜗杆带动蜗轮来调弦，不打滑，微调效果好．横式弦乐一般将弦轴做成螺杆，调弦效果也不错．为方便诃弦。

弦轴的把手都做得比较粗大，这样调弦比较省力．还有一些琴有变调装置，当脚踩变音踏板时，使弦放松或拉紧，从而变调．

（2）吹管乐的音调控制

对管乐而言，管柱越短，音调越高．因此①只要在管不同处钻上音孔，演奏者用手指按放不同的音孔，就能控制管柱的长短，从而控制音调．②通过伸缩管（如长号）或用活塞（如小号、圆号）来调节管柱的长度，就可控制音调．

还有一种乐器叫埙，它是通过音孔的大小来调节音调的．音孔越大，音调越低，反之越高．

西洋乐器中运用了许多物理原理．如管乐的音孔较多，超出手指控制范围，就利用杠杆原理将按键集中在一起，以方便演奏．再如伸缩管、活塞都是机械知识在乐器中的应用．

（3）簧乐的音调控制

这类乐器的音调是由铜簧片的长短来控制的．簧片越长，音调越低．反之亦然．

（4）电子琴的音调控制

电子琴的音调是由电路中的电感、电容决定的．电感、电容量越大，频率就越低，音调就越低．反之亦然．

（5）打击乐的音调控制

打击乐分有固定音高与无固定音高两种．有固定音高的乐器是把不同音调的发声体按音调的顺序排列好，敲击不同的发声体，就能发出不同的音调．而定音鼓是利用螺丝来调节鼓面的松紧度以控制音调的．鼓面越张紧，音调越高．而带变音踏板的定音鼓，利用杠杆原理来绷紧或放松鼓面，从而调节鼓的音调．

2．乐器的响度

根据物理知识我们知道，响度是反映声音的大小的物理量．响度和振动体的数量和振幅有关．因此，为平衡和增大响度，一般采用以下几种方法：

（1）通过加大演奏力度（如重弹、重吹、重拉），来加大振幅、增大响度．

（2）增加发声体．如钢琴、扬琴的高、中音就用三根弦同时发音，低音用两根弦，最低音用一根弦，这样不同音区的响度就平衡了．叉如四胡是两根弦同时振动发音，响度比二胡大．还有双管侗笛是用两根同音调的侗笛并在一起吹来增大音量．

（3）设置共鸣箱．将发音体的振动传给共鸣箱，使共鸣箱内空气做受迫振动，从而增大响度．如各种弦乐器．

（4）利用共振原理．使发声体与共鸣管内空气柱的振动频率相等，当发声体发生振动时，共鸣管内空气就发生共振，从而增大响度．如笙、马铃巴、钟琴等．

（5）在琴上安装电子拾音器来调节音量的大小．如电吉他、电子琴、电贝司以及独弦琴．

3．乐器的音品

世界上乐器的种类非常多，它们的材料、形状、大小各不同，但它们的最大区别在音品（也叫音色）不同．根据物理原理，音品是由声源的泛音数目以及各泛音的频率与振幅所决定的．而制作乐器材料的种类、大小、粗细、形状都会影响其振动的特性，因此乐器的音色与制作乐器的材料、太小、粗细、形状有关，还与制作者的技术水平有关．

由于现代电子技术的突飞猛进，可对各种乐器的泛音进行频谱分析，从而得知各种乐器韵声谱．然后用电子合成嚣来仿制这些泛音，从面能模拟出各种乐器的音色．这就是电子琴之所以能模拟各种乐器的音品，而且还可以产生新的音品的原理．

现在电脑技术发展非常迅速，利用MIDI来制作、台成音乐变得非常容易．借助电脑，一千人可把原本需要一个乐队或整个乐团才可奏出的乐曲演奏出米．通过电脑，给作曲寡提供了更大的创作空间，使音乐创作更方便．

现代物理技术的发展为乐器的制作、改进和刨新插上了腾飞的翅膀．