對初二聲音的特征一節(jié)中實(shí)驗(yàn)的研究

　　蘇科版八年級教材《聲音的特征》一節(jié)中，探究決定聲音音調(diào)高低的因素，其中用到了用硬卡片撥動(dòng)木梳來探究聲音的音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，能很直觀地體會(huì)到兩者的關(guān)系，但本著科學(xué)的態(tài)度，我產(chǎn)生了一些疑問：
　　1.聽到的聲音是卡片發(fā)出的聲音，還是梳子的聲音，還是兩者的共同聲？
　　2.快慢撥動(dòng)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(guān)系？這個(gè)實(shí)驗(yàn)是否可以改進(jìn)？
　　針對該疑問，筆者查閱了相關(guān)的資料。首先，卡片的振動(dòng)是類似于受迫振動(dòng)的一種，而發(fā)出的聲音的振動(dòng)與卡片的固有振動(dòng)十分有關(guān)，相關(guān)類似的資料記載極少，未能查到。而梳子的齒發(fā)出的聲音是一個(gè)個(gè)單音，依次發(fā)出的，可以想象，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率遠(yuǎn)低于齒的固有頻率時(shí)，我們將聽到單個(gè)的音頻，這就是齒的固有頻率的聲音，撥動(dòng)的快慢不會(huì)影響聽覺的音調(diào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率超過固有頻率，對聽覺將產(chǎn)生較大影響，最終體現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)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(guān)實(shí)驗(yàn)，在慢和較慢時(shí)，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(jì)算機(jī)分析它們發(fā)出的聲波圖。
　　實(shí)驗(yàn)中如果用卡片撥動(dòng)木梳，我們聽到的聲音就較復(fù)雜，有卡片的固有聲，木梳的固有聲，還有相互撥動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)的高頻聲。對于這樣一種復(fù)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(dòng)木梳，以下是筆者收集的音頻圖。
　　通過圖形不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)速度較慢時(shí)，聽到的聲音頻率并不變化，體現(xiàn)為一個(gè)個(gè)跳躍的單音，單音之間有停頓空隙，當(dāng)速度較快時(shí)，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(gè)個(gè)單音寬度的和，聽覺上的音調(diào)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(dòng)頻率，而人聽到的聲音頻率也就發(fā)生了變化。速度越快，總音的頻率也就越高。
　　而課本中的實(shí)驗(yàn)描述，容易給學(xué)生造成誤解，認(rèn)為撥動(dòng)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(dòng)紙張發(fā)聲時(shí)，會(huì)把手抖動(dòng)的頻率誤當(dāng)做紙張發(fā)聲的頻率。
　　實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，若只要大概的描述聲音的音調(diào)與振動(dòng)快慢的關(guān)系，用課本的實(shí)驗(yàn)也可，只是取速度較快時(shí)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(dòng)發(fā)生的原理來實(shí)驗(yàn)，用可調(diào)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)音哨轉(zhuǎn)動(dòng)，就能清晰聽到聲音隨轉(zhuǎn)速的改變而音調(diào)變高；也可以采用人教版教材中的實(shí)驗(yàn)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(dòng)快慢和聽聲音音調(diào)高低的變化。
　　本文是筆者就教材研究的有感而發(fā)，見解只代表個(gè)人，希望各位同仁批評指正。
　　 （作者單位 江蘇省鎮(zhèn)江新區(qū)大港中學(xué)）