《聲現象》中的實驗改進

【摘 要】實驗是科學研究的基礎，做好實驗，是科學研究的保障。實驗的選擇，一定要嚴格遵守科學性、真實性、嚴密性、可操作性，盡可能地把實驗做到操作簡單，現象明了，抓住主因，去除實驗中的非主要因素干擾。

對于探究規律性的實驗，應該選擇多種情況下都能做的普適性實驗，要求在實驗中現象明顯、直觀，使整個實驗能明顯突出主要因素，盡可能直觀的說明研究的主要問題，得出科學結論，實驗是科學研究的基礎，做好實驗，是科學研究的保障。實驗的選擇，一定要嚴格遵守科學性、真實性、嚴密性、可操作性，盡可能地把實驗做到操作簡單，現象明了，抓住主因，去除實驗中的非主要因素干擾。

實驗是科學研究的基礎，做好實驗，是科學研究的保障。實驗的選擇，一定要嚴格遵守科學性、真實性、嚴密性、可操作性，盡可能地把實驗做到操作簡單，現象明了，抓住主因，去除實驗中的非主要因素干擾。

一、振動發聲

對于探究規律性的實驗，應該選擇多種情況下都能做的普適性實驗，要求在實驗中現象明顯、直觀，使整個實驗能明顯突出主要因素，盡可能直觀的說明研究的主要問題，得出科學結論，決不能選擇一些只能反映片面局部的現象規律或實驗現象中存在其他不明確干擾因素的，特別是對后面知識的學習容易引起誤導的實驗，由此，我對教材上“聲現象”這章的部分實驗，進行了改進設計。

我們知道，聲音是聽到卻看不到的，振動能看到卻聽不到，只有在看到振動的同時聽到聲音，才能說明振動發聲，所以書上就舉了一些特例，如：拉緊的橡皮筋，在彈動時，可以看到振動的同時聽到聲音；再如：用手壓緊尺子在桌子邊上，然后用手撥動尺子露在桌外的一端，也可以看到振動聽到聲音，但是，對于多數的發聲體，如敲擊或碰撞物體所發出的聲音，多數是看不清發聲時在振動的，那么怎樣才能讓多數情況下的發出聲音的振動清楚的顯示出來呢？由于振動發聲的特性決定了我們人能聽到的聲音振動范圍遠遠超過了能直接看到的振動范圍，所以要盡量多的看到發聲音體的振動，就要借助轉換法，轉換成我們能清楚明了的看到的隨著振動發聲一起發生的有相互作用的某一現象。書上是舉了一個用乒乓球貼近發聲的音叉，看到乒乓球向旁邊跳動，證明發聲體音叉在振動，這個實驗中存在的不足是：乒乓球每次跳動的方向、幅度和快慢都有很大的隨意性，無準確的規律，無法控制，對后面知識“聲音特性”一節的學習會造成一定的障礙。如：學生看到的是乒乓球方向不一、振幅不一和快慢不一的無規律的碰撞音叉，似乎音叉的震動也是無規律的，而事實是音叉的振動各個方面都是非常有規律的。為此，我改進為在投影儀臺上放一盛水玻璃皿，敲擊音叉發聲后馬上插入水中一部分，在它的周圍會有大量小水珠迅速跳起，這就說明音叉在振動，投影儀把這個現象放大投影，看得更清楚。對于多數物體的敲擊發聲振動，如敲桌子，我把這個盛水玻璃皿放在其上，然后用一激光器，打出激光斜照在水面上，觀察它反射到天花板或墻上的光斑，當敲擊時，由于角度和距離的關系，光斑會在原位置上明顯出現振動，把被敲物體原來幾乎看不見的振動，放大轉換成光斑的大幅度振動。還可以把玻璃皿換成一面小鏡子，以更方便貼在豎直方向的物體表面上顯示振動。物理學里，把這種把微小的變化現象轉換成與之相互作用的其他的較大的變化現象來研究的研究方法稱之為放大法，很多實驗都用到了這種方法，典型的例子是證實萬有引力定律時用到的“卡文迪許扭秤”。

二、聲音的響度與振幅的關系

由于運用了放大法顯示振動發聲，那么在探究響度與什么因素有關的實驗中，我們只要改變上述實驗中的敲擊力度，使聲音變得更響，同時來觀察反射光斑偏離原來位置的大小幅度，就很明顯的觀察到：響度越響振幅就越大。這比教材中用敲音叉看懸吊的乒乓球彈開幅度大小的實驗要先進和簡單得多，因為在做敲擊音叉看乒乓球時，乒乓球每次彈起的幅度和方向都會由于彈回時接觸音叉的部位不同而不均勻地彈動，特別是用不同的力敲擊音叉以顯示不同的響度時，乒乓球第一下的震動幅度很大，很容易被理解為音叉對乒乓球的推動引起的，后面的振動彈起就很不均勻，使實驗現象存在隨意性和不準確性，這就給學生的學習帶來困難，使實驗中的主要研究對象受到干擾而存在一定的疑惑，難以順暢的得出科學結論。而使用我們前面“振動發聲”實驗中的“盛水玻璃皿”或“小鏡子”反射的方法，來觀察光斑的變化，就不存在這樣的干擾。在任何物體表面，都會真實的反映振動的幅度和快慢。

三、頻率決定音調的高低

實驗的選擇，一定要嚴格遵守科學性、真實性、嚴密性、可操作性，盡可能地把實驗做到操作簡單，現象明了，抓住主因，去除實驗中的非主要因素干擾，突破教學難點，提高學習效率。

頻率決定音調這個知識點，一直是個教學難點，究竟是難在哪里呢？我認為，主要是教材中所選的實驗不合適，難度過大，實驗中存在影響主要知識點學習的誤導干擾因素，影響了學生在實驗中，對主要知識點的突出理解，造成了對知識點的理解困擾，也就造成了學習難點。教材中的實驗，是利用一根一端被壓緊在桌面上，一端伸出桌面的鋼尺，“用力撥動探出來的一端聽聲音，然后改變鋼尺伸出桌面的長度，再次撥動，注意使鋼尺兩次的振動幅度大致相同。比較兩種情況下，鋼尺振動的快慢和發出的音調”。此實驗存在的缺陷：1.振動快慢很難看得清楚準確，2.撥動方向，開始向上和向下結果大不相同，3.“兩次的振動幅度大致相同”，實驗中很難做到，因為鋼尺伸出長度發生變化，要使振動幅度大致相同，必須用不同大小的力量去撥動，而學生在做這個實驗時第一感覺是其所用的力的大小，這必然誤導了是力的大小決定了音調的高低，引起知識性理解的錯誤，造成學習困難，所以這部分知識的學習經常成為教學難點。教材中還建議使用發音齒輪，發音齒輪的各個齒輪轉動速度是相同的，因為齒數的不同來說明振動快慢的不同，而頻率不同恰是快慢的不同，所以讓學生在知識的理解上多了一個臺階，使思路繞了個彎，顯然對知識的理解會很困難，在發音齒輪的操作中，又因為很難選出的發出音調明顯不同的相同材料，我曾經試過好多種材料，在多種轉速的情況下發出音調明顯不同，包括相同的材料在同一齒輪上的不同角度，要達到預想的效果很難，都不是很理想，后來改成不同松緊的橡皮筋，音調能明顯感覺到，但振動快慢不同難以看出來，撥動梳子，也是存在力度的不同影響音調的因素，難以突出快慢的因素。后來改做示波器顯示，雖然圖像很清晰，也很說明問題，但畢竟是屏幕上顯示的，不是親自感受到的振動頻率決定音調，總感覺到不是那么直觀令人簡單地信服。其實這個知識點的關鍵是快慢與音調的關系，因為頻率這個詞對學生還是比較陌生的，應該主要強調快慢，要讓學生明顯的看到快慢的不同，然后聽到音調的變化，在做了大量的試驗后，感覺用一根拉鏈拉直后，用不同的速度快速拉動，發出的音調不同，這個做法就完全避免了用力大小影響音調的誤導，不存在用力大小因素，實驗中也排除了其他干擾因素，只剩下快慢與音調的關系了，非常明了地突出了音調與快慢的關系，然后再交代一下快慢用頻率表示，這樣，就徹底解決了非主要因素對學習主要知識點的學習干擾，避免了次要因素對主要知識學習的誤導，解決了這部分知識教學的難點和學習困難。

【參考文獻】

[1]人民教育出版社 義務教育課程標準實驗教材 《物理八年級上》

[2]人民教育出版社 義務教育課程標準實驗教材 《教師參考書物理八年級上》

（作者單位：山東省青島市第五十六中學）