劉鳳珍 吳先球

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東廣州 510006)

1 引言

人教版八年級(jí)物理第1章第3節(jié)“聲音的特性”一節(jié)中,在探究音調(diào)和頻率關(guān)系的演示實(shí)驗(yàn)中,將一把鋼尺緊按在桌面上,一端伸出桌面,撥動(dòng)鋼尺,聽(tīng)它振動(dòng)發(fā)出的聲音.改變鋼尺伸出桌面的長(zhǎng)度,再次撥動(dòng),比較兩次鋼尺振動(dòng)的快慢和音調(diào)的關(guān)系.[1]這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的器材是學(xué)生的身邊之物,易引起學(xué)生的操作興趣,激發(fā)學(xué)生積極參與和探究的興趣,但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),鋼尺發(fā)聲比較小,且音調(diào)的選擇范圍比較小,音調(diào)差異不明顯.因此,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn).

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)器材:用頻率不同的兩個(gè)音叉(440 Hz和 256 Hz)、麥克風(fēng)、電腦和聲卡虛擬示波器[2](作者:嚴(yán)宇亮,可在網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)下載,附有使用說(shuō)明).

實(shí)驗(yàn)音叉振動(dòng)發(fā)出的聲音比較大,班上所有學(xué)生都可以聽(tīng)到,且音叉頻率差異比較大,音調(diào)差異也比較大,易于學(xué)生區(qū)分不同音調(diào).用麥克風(fēng)和計(jì)算機(jī)聲卡采集聲音信號(hào),通過(guò)虛擬示波器觀察音叉振動(dòng)發(fā)出聲音的波形,觀察音叉振動(dòng)的頻率和振幅.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖如圖1(a),實(shí)物圖如圖1(b)所示.

圖1

(1)按圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置;

(2)在音量控制面板的錄音屬性中選擇“麥克風(fēng)”一項(xiàng)和合適的音量;

(3)打開(kāi)聲卡虛擬示波器,在面板上選擇合適的參數(shù)(增益、衰減、基準(zhǔn)線和時(shí)基);

(4)敲打音叉即可在示波器上觀察到音叉振動(dòng)發(fā)出聲音的波形.

(5)點(diǎn)擊虛擬示波器面板上的暫停后可以保存數(shù)據(jù)圖像.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了便于比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果,坐標(biāo)分度設(shè)好后不再更改.橫軸為時(shí)間,分度是每格 1 270 μ s,有 10格;縱軸為幅度,分度是每格0.1 V.

敲打頻率為 440 Hz的音叉,觀察得到如圖2(a)、(b)所示的波形.敲打頻率為256 Hz的音叉,觀察得到如圖2(c)、(d)所示的波形.

圖2

圖2(a)、(b)為敲擊頻率 440 Hz音叉得到的波形,(a)為聲音比較響亮?xí)r的波形,(b)為聲音比較弱時(shí)候的波形;圖2(c)、(d)為敲擊頻率256Hz音叉得到的波形,(c)為聲音比較響亮?xí)r的波形,(d)為聲音比較弱時(shí)候的波形.比較(a)、(c)可知:(a)聲音頻率大于(c)聲音頻率,結(jié)合聽(tīng)到聲音的音調(diào),可形象感知:當(dāng)聲音頻率比較大的時(shí)候,音調(diào)比較高;當(dāng)聲音頻率比較小的時(shí)候,音調(diào)比較低.比較(a)、(b)和比較(c)、(d)可以看到,當(dāng)聲音幅度比較大的時(shí)候,聲音比較響,當(dāng)聲音幅度比較小的時(shí)候,聲音比較弱.課堂上,還可以用麥克風(fēng)采集其他不同的聲音信號(hào),加深學(xué)生對(duì)聲音特性的理解.

4 結(jié)論

為了讓學(xué)生形象地理解音調(diào)和頻率,本文改進(jìn)了人教版教材中所用音調(diào)和頻率關(guān)系演示的實(shí)驗(yàn)方法,用音叉振動(dòng)發(fā)出聲音信號(hào),通過(guò)聲卡采集聲音信號(hào),虛擬示波器顯示信號(hào)波形,演示音調(diào)和頻率的關(guān)系.

本文提出的實(shí)驗(yàn)方法有以下特點(diǎn):

(1)實(shí)驗(yàn)器材取材容易.采用計(jì)算機(jī)自帶的聲卡作為數(shù)據(jù)采集器,采用免費(fèi)的虛擬示波器軟件.

(2)實(shí)驗(yàn)演示效果明顯.音叉聲音響亮,班上學(xué)生都可以聽(tīng)到,而且音叉頻率差異比較大,聲音音調(diào)差異也比較大,易于學(xué)生區(qū)分不同的音調(diào).虛擬示波器顯示的波形可以通過(guò)大屏幕投影給大家看,學(xué)生觀察音叉聲音的波形,結(jié)合聽(tīng)到聲音的音調(diào),可形象感知音調(diào)和頻率的關(guān)系,還可看到聲音響度和幅度的關(guān)系.

1 課程教材研究所,物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)書物理八年級(jí)上冊(cè).北京:人民教育出版社,2006.

2 嚴(yán)宇亮.把電腦變成示波器——介紹一款基于聲卡虛擬儀器軟件.電子制作,2002(9).

3 王珍寧,吳先球,胡穎舒,等.基于聲卡的數(shù)據(jù)采集器及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用.中小學(xué)信息技術(shù)教育,2006(10).

4 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)).北京:人民教育出版社,2003.