對初二聲音的特征一節中實驗的研究

　　蘇科版八年級教材《聲音的特征》一節中，探究決定聲音音調高低的因素，其中用到了用硬卡片撥動木梳來探究聲音的音調與振動頻率的關系實驗，能很直觀地體會到兩者的關系，但本著科學的態度，我產生了一些疑問：
　　1.聽到的聲音是卡片發出的聲音，還是梳子的聲音，還是兩者的共同聲？
　　2.快慢撥動的頻率是不是能代表我們聽到的聲音的頻率？
　　3.最終的聲音頻率與卡片自身的固有頻率之間有什么關系？這個實驗是否可以改進？
　　針對該疑問，筆者查閱了相關的資料。首先，卡片的振動是類似于受迫振動的一種，而發出的聲音的振動與卡片的固有振動十分有關，相關類似的資料記載極少，未能查到。而梳子的齒發出的聲音是一個個單音，依次發出的，可以想象，當驅動力的頻率遠低于齒的固有頻率時，我們將聽到單個的音頻，這就是齒的固有頻率的聲音，撥動的快慢不會影響聽覺的音調，當驅動頻率超過固有頻率，對聽覺將產生較大影響，最終體現了驅動頻率和固有頻率的和聲，我們也將聽到最后卡片聲音頻率的變化，對此我也做了相關實驗，在慢和較慢時，聲音的頻率變化，耳朵無法分辨，為了更確切地證明猜想的正確性，我用計算機分析它們發出的聲波圖。
　　實驗中如果用卡片撥動木梳，我們聽到的聲音就較復雜，有卡片的固有聲，木梳的固有聲，還有相互撥動產生的受迫振動的高頻聲。對于這樣一種復音，研究比較繁瑣，為此，我把卡片換成了木片，它的固有頻率和木梳齒的固有頻率相近，然后用不同的速度撥動木梳，以下是筆者收集的音頻圖。
　　通過圖形不難發現當速度較慢時，聽到的聲音頻率并不變化，體現為一個個跳躍的單音，單音之間有停頓空隙，當速度較快時，音頻圖的組合就重合起來，在第三次速度之前，聲波的總寬度沒有超過個個單音寬度的和，聽覺上的音調完全相同，到第四次以后，單音就開始疊加了，從而改變了總音的振動頻率，而人聽到的聲音頻率也就發生了變化。速度越快，總音的頻率也就越高。
　　而課本中的實驗描述，容易給學生造成誤解，認為撥動木梳的快慢，即齒與卡片的撞擊頻率就是聽到聲音的頻率。例如在抖動紙張發聲時，會把手抖動的頻率誤當做紙張發聲的頻率。
　　實驗的改進，若只要大概的描述聲音的音調與振動快慢的關系，用課本的實驗也可，只是取速度較快時的圖形，初速就要較快。若想根本解決固有頻率對撞擊頻率的影響，可以采取空氣振動發生的原理來實驗，用可調電動機帶動音哨轉動，就能清晰聽到聲音隨轉速的改變而音調變高；也可以采用人教版教材中的實驗方法：將刻度尺一端按在課桌上，改變伸出桌面刻度尺的長度，用相同的力去撥刻度尺，觀察刻度尺振動快慢和聽聲音音調高低的變化。
　　本文是筆者就教材研究的有感而發，見解只代表個人，希望各位同仁批評指正。
　　 （作者單位 江蘇省鎮江新區大港中學）