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第二章　声现象
2．1　声音的产生与传播
【教学目标】
1．通过观察和实验，知道声音产生和传播的条件。
2．知道声音是由物体的振动产生的。
3．知道声音传播需要介质，声音在不同介质中传播的速度不同。
4．了解回声是怎样产生的，会利用回声测量距离。
5．了解人是如何听到声音的。
【教学重难点】
1．声音的产生是由于物体的振动。
2．声音是以声波的形式向外传播的。
3．如何利用回声测量距离。
【教学步骤】
【自主学习案】
欣赏拉小提琴、吹笛子、鸟鸣和水声的画面，思考：画面中展示的分别是哪些物体在发声？它们在发声时有哪些特征？
【课堂导学案】
一、讲授新课
1．声音的产生：
(1)物理学研究问题最常用的方法是实验，首先我们通过实验研究声音是怎样产生的。实验同时思考物体发声时，有什么共同的特征。
(2)学生活动：提供给学生铃铛、两端固定且绷紧的琴弦、橡皮筋、鼓，让学生做各种活动，使物体发声。
①拨动琴弦和皮筋，观察弦上贴着的小纸条的摆动。摇动铃铛，观察铃铛的运动。在鼓皮上撒点碎纸屑，敲鼓，纸屑开始跳动。当纸屑停止跳动时，鼓声也消失了。把薄尺压在桌边，使一端伸出桌外，用手拨动尺的伸出端使之产生振动，就会听到声音——可观察到发声物体在振动。
②用手指触摸喉头，同时发声——触觉感受发声物体在振动。
(3)演示实验：
①使尺子发声，学生观察思考：物体发声时与不发声时有什么不同？物体发声时有什么共同的特征？
②敲响音叉，学生观察。
③用玻璃棒搅动水发出声音，学生观察。
④用嘴对空瓶吹气，可以听到声音。
在同学们观察、分析和归纳的基础上，可概括出：无论是固体、液体还是气体，发声时都在振动，所以一切发声的物体都在振动。即声音是由物体振动产生的。
(4)举例：小提琴等各种弦乐器的发声，是靠琴弦的振动；口琴和风琴的发声，是由于气流的冲击，琴内的簧片发生振动。
蜜蜂和蚊子飞行时发出的“嗡嗡”声，并不是用声带，因为它们没有发出这样大的声音的特殊器官，而且只有在飞行时才有声音产生，原因是它们的翅膀能很快地上下扇动。而青蛙的发声是通过气囊的振动，蝉是通过腹部的发声器来发声的。我们知道，只有雄蝉才会鸣叫，因为雄蝉腹部有发声器，而雌蝉则没有，在腹部只有接收声音的器官。
提问：还能举出一些液体或气体发声的例子吗？
组织学生回答：
液体发声：泉水叮咚响、海边的波涛声等是由于水的流动而引起的。
气体发声：笛子、黑管和铜号等管乐器发声，是由于通过的气流使管内气柱振动而发声。呼啸的风声是由于空气的振动而产生的。
结论：一切正在发声的物体都在振动，固体、液体和气体都可以振动发声。
(5)探究思考：声音是怎样停止的？
提问： 振动停止，发声体还会发声吗？
实验： 用手握住音叉，音叉停止振动，同时也听不见声音了。
结论：振动停止，发声也停止。
(6)想想议议：图中各发声体各是靠什么振动发声的？
2．声音的传播。
(1)提问：声音是怎样从发声的物体传播到远处的？
学生提出猜想：声音要传播出去，可能需要某种物质来作媒介。
(2)学生观看视频演示实验，思考填空：
结论：声音可以在 空气 中传播，但是，不能在 真空 中传播。
(3)想想议议：许多科幻电影都有在太空中战斗的场面。你认为在太空中能听到爆炸的声音吗？
(4)学生活动一：
①先把两张课桌紧紧地放在一起。一位同学把一只耳朵紧贴在桌子上，同时用手捂紧另一只耳朵，另一位同学轻敲另一张桌面。
②再把两张桌子离开一定距离，重新做一遍。
提问：对比两次听觉的感受有何不同，说明了什么？
结论：声音可以在固体中传播，且比空气中传声的效果好。
提问：你能再举出一些固体传声的例子吗？
电影《铁道游击队》片段“战士们将耳朵贴在铁轨上来判断敌情”。他们怎么知道鬼子的军车来了？他们是通过什么听到声音的？
说明：铁轨可以传声。它比从空气传播得要快。火车和汽车司机常把金属棒的一端放在发动机的各个部位上，另一端靠近耳朵。利用金属棒良好的传声特性，倾听机器内部机件的运转声，判断机器运转是否正常。
(5)学生活动二：
①把一个正在响的闹钟用塑料袋包上，放入水中仍能听到铃声。
②鱼儿能听见拍手声。
结论：声音能在液体中传播。
提问：你们能设计一个检验液体是否传声的实验吗？
提供给学生水槽、蜂鸣器和塑料袋等器材，学生自己动手设计。
小结：实际上，液体是很好的传声介质。我们知道钓鱼的时候要保持安静，否则鱼儿通过水听到岸上响动会跑开。人们发现：在海洋中无线电波和光波都不及声波传播得远，它们在海水中传播时很快就衰减了。人们根据这种原理制造出声呐设备，可用来发现海面下的潜水艇、礁石及其他水下目标。
(6)小结：
①声音的传播需要介质(可以是固体、液体或气体)，真空不能传声。
②声音在空气中的传播：声以波的形式传播，我们把它叫做声波。
3．声速
(1)在暴风雨的夜里，我们看到电光一闪后，为什么要过一会儿才听到雷声？百米赛跑时，为什么终点计时裁判并不是在听到起点发令的枪声才启动秒表，而是看到枪上一冒烟就按表计时？
这些都是因为声音的传播需要时间。
(2)声速：声音传播的快慢用声速表示，它的大小等于声在每秒内传播的距离。单位是：m/s或m·s－1。
(3)m/s表示的意义：如v＝340 m/s，表示声音在空气中每秒内传播的距离是340 m。
(4)查声速表，思考：
问题1: 声音在空气、液体和固体中传播的速度关系怎样？ 这说明声速跟什么因素有关？
问题2：声音在15 ℃和25 ℃的空气中传播的速度分别是多大？ 这说明声速跟什么因素有关？
学生讨论小结：一般情况下，气体中的声速小于液体和固体中的声速。声速的大小不仅跟介质的种类有关，还跟介质的温度有关。
4．回声
(1)视频了解回声：声音在传播的过程中遇到障碍物会反射回来，形成回声。
(2)人耳听到回声的条件：回声到达耳朵比原声晚0.1 s以上，人耳才能把回声和原声分开。
(3)想想议议：
①在课堂里，老师和你相距17 m时，你的讲话声经过多长时间老师才能听到？
②你要听到自己的回声，你离障碍物至少多远？
(4)回声的应用：利用回声可以探测海底的深度、冰山的距离等。
①回声是物体遇到障碍物时反射回来形成的，但听到回声要有条件。
②可用回声传播的时间差，产生混响效果。
5．我们是怎样听到声音的
(1)各小组的同学分别讨论人耳听到声音的过程是怎样的？
答：外界传来的声音引起鼓膜的振动，经过听小骨和其他组织传给听觉神经，最后到大脑，人就听到了声音。
(2)人耳的构造与听到声音之间有很大的联系，各部分都有对应的作用。
(3)人能听到声音的过程通常有：①正常情况下：外界传来的声音引起鼓膜的振动，经过听小骨和其他组织传给听觉神经，最后到大脑，人就听到了声音。②骨传声：声音通过头骨、颌骨传声的过程。
二、课堂小结
2．2　声音的特性
【教学目标】
1．知道声音的特征：音调、响度、音色。
2．知道声音的音调与发声体的振动频率有关，响度与发声体的振幅和距离发声体的远近有关，不同发声体发出声音的音色不同。
3．通过切身体验科学探究的全过程，领会科学研究的方法，控制变量法和放大法。
4．知道如何区分音调、响度和音色。
5．会根据声音的波形图，判别声音的各种特征。
【教学重难点】
1．音调的高低有关的因素探究。
2．响度的大小有关的因素探究。
【教学步骤】
【自主学习案】
学生倾听两段音乐，感觉不同。
思考：这两段音乐中的声音有什么区别？
【课堂导学案】
一、讲授新课
1．声音的特性：
(1)学生讨论刚才的两段乐曲有什么区别。
(2)学生分组发言：
①声音时大时小(时强时弱)，大小(强弱)有差别；
②声音的高低(调子)有差别；
③不同乐器演奏出的声音不一样。
(3)小结：声音是由物体的振动产生的。物体发出的声音必然与物体的振动有联系，那么物体的振动有哪些特点呢？
物体振动的快慢、幅度和不同物体振动的方式不同。
那么声音的这些不同特点与振动的这些不同点之间有什么联系呢？ 下面让我们一起探究。
2．音调：
(1)我们接触到的声音各种各样，有的听起来音调高，有的听起来音调低。
下面我们来感受一下音调不同的声音。
学生听琴声，感受音调的高低。
(2)探究：音调的高低与什么因素有关
演示实验：将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌边。拨动钢尺，听它振动发出的声音，同时注意钢尺振动的快慢。改变钢尺伸出桌边的长度，再拨动。注意使钢尺两次的振动幅度大致相同。比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调。
实验表明：物体振动得快，发出的音调就高，振动得慢，发出的音调就低。
(3)频率：物体振动的快慢用频率来表示。频率就是物体每秒内振动的次数，单位是赫兹(Hz)，简称赫。
如：物体在1 s的时间里如果振动100次，频率就是100 Hz。
再如：蝴蝶翅膀每秒钟振动约5次，则蝴蝶发声的频率是5Hz。
(4)音调的高低与频率有关：频率高音调就高，听起来尖细；频率低音调就低，听起来低沉。
(5)超声波：高于 20 000 Hz 的声音。
超声波特点：能量大，沿直线传播。
次声波：低于 20 Hz 的声音。次声波(又叫亚声波，大致范围：10－4～20 Hz)产生于火山爆发、地震、极光、海啸、台风、雷暴、龙卷风等自然灾害和核爆炸、火箭发射、化学爆炸，机器工作时也能产生次声波，次声波对人体有一定的危害。
次声波特点：传播的距离远，而且不容易被吸收。
这两种声音，人是听不到的，却可能在猫、狗等动物的听觉范围内，所以有些灾难发生前，在人类毫无察觉时，猫、狗就已经警觉地听到了。
(6)音调与波形
演示：把话筒连到示波器上。请同学用口琴先对着话筒吹“duo”音，观察示波器显示的波形。再对着话筒吹“re”音，观察示波器显示的波形。比较低音调与高音调的波形有何不同。
学生活动：在纸上画出你看到的两次波形图(低音形状疏松，高音形状紧密)。
演示：请同学用口琴先对着话筒，观察示波器显示的波形。再对着话筒轻轻吹“re”音，观察示波器显示的波形。
提问：我们知道蝴蝶飞来飞去，靠的是翅膀的振动，蜜蜂、蚊子也是，但我们听得见蜜蜂、蚊子的嗡嗡声，却听不见蝴蝶的声音，你知道这是为什么吗？
读图：请同学们读课本动物发声和听声的频率图。
老师提供数据：蝴蝶翅膀振动频率 5～6 Hz，蜜蜂、蚊子翅膀振动频率 400～600 Hz。
学生回答： 蝴蝶翅膀振动频率不在人耳听觉范围内，而蜜蜂、蚊子翅膀振动频率正好处在人耳听觉范围内。所以我们听得到蜜蜂、蚊子的嗡嗡声，却听不见蝴蝶的声音。
有经验的养蜂员根据蜜蜂的嗡嗡声，就可以知道它们是飞出来采蜜，还是采好了蜜飞回蜂房。因为蜜蜂在不带花蜜时，翅膀每秒钟振动约 440 次，而带花蜜时发出的音调低些。
提问：为什么有些声音在人们毫无察觉时，猫、狗就已经警觉地听到了？
大多数人能听到的频率范围：20 Hz～20 000 Hz(其中最敏感的频率是3 000 Hz；老年人的听觉会衰退；20 Hz是听觉下限，20 000 Hz是听觉上限)。
人的歌声频率范围约为男低音的60 Hz到女高音的 2 500 Hz，通常男子说话声的频率为 95～142 Hz，而女子说话声的频率为 272～ 553 Hz。所以说女子声音的音调比男子的高，也就是通常所说的女子声音比男子的尖。
3．响度：
(1)乐音有音调高低的不同，也有强弱的不同，如：用大小不同的力敲同一个音叉，听到的声音的强弱不同。
(2)响度：人耳能感受到的声音的强弱称为响度。
(3)探究：响度的大小与什么因素有关？
演示：轻敲队鼓与重敲队鼓，请同学们注意听发出的声音，并观察鼓皮上彩色纸屑的跳动情况。轻敲时，声音小，纸屑跳动缓慢，犹如轻歌曼舞；重敲时，声音大，纸屑跳动剧烈，犹如狂欢。
提问：这说明了什么？
有的振动的幅度大，有的振动的幅度小，振动的幅度是用振幅这个物理量来表示的，振幅就是振动物体偏离中心位置的最大距离，振幅越大，振动就越强。
学生活动：
分组试验把钢锯条紧压在桌边上：
①将钢锯条的 1/2 伸出桌外轻轻拨动；②将钢锯条的 1/2 伸出桌外用力拨动，使其振动发声。
观察：钢锯条两次拨动时，振动幅度情况和发出声音的特点。
引导学生分析：振动的振幅大，声音大；振动的振幅小，声音小。
结论：我们把声音的大小叫做响度。响度跟物体振动的振幅有关。
学生感受：手摸自己的喉咙，对比感觉一下轻声说话与大声说话时声带的振动幅度情况。
(4)不同振幅声音的波形。
(5)响度还跟人到声源的距离有关系。距离越远，听到的声音越弱。
4．音色
在大自然中，各种物体发出的声音有各自的不同特点。风吹树叶发出柔和的沙沙声，小溪流水发出轻快的潺潺声，北风呼呼地怒吼，百鸟唧唧地欢叫。
不同的物体发出的声音具有不同的特色，或者说具有不同的声音品质，这种品质通常叫做音品或音色。
正因为各种不同的发声体发出的声音具有不同的音色，我们才可以区别不同的发声体。
二、课堂小结
1．影响音调高低的因素有哪些？如何区分发声体的音调高低？
答：影响音调高低的因素有：发声体的材料大小、长短、厚薄、松紧等。发声体的材料越大、越长、越厚、越松，发声体振动越慢，音调越低。
2．音调、响度和音色是声音的三个主要的特征，既有区别又有联系。
3．根据音调来判别发声体，通常是判别同一个发声体的好坏。根据音色来判别发声体，通常是判别不同的发声体。
4．从声音的波形图中可以看出声音的振幅和频率，能够比较声音的音调和响度。
【拓展练习】
1．蜜蜂载着花蜜飞行的时候，它的翅膀平均每秒振动300次，不载花蜜时平均每秒振动440次，有经验的养蜂人能辨别蜜蜂是飞出采花，还是采了蜜飞回家，养蜂人主要是根据什么特征来辨别的(　A　)
A．声音的音调不同
B．声音的响度不同
C．飞行路线形状不同
D．飞行高低不同
2．男低音独唱时由女高音轻声伴唱，对二人声音的描述正确的是(　A　)
A．男低音比女高音音调低，响度大
B．男低音比女高音音调低，响度小
C．男低音比女高音音调高，响度大
D．男低音比女高音音调高，响度小
2．3　声的利用
【教学目标】
1．通过观察、观看录像等有关的文字、图片、音像资料，获得社会生活中声的利用方面的知识。
2．通过学习，知道声音可以传递信息与能量。
3．能够解答超声波测量距离的方法，声音传递信息和能量的应用。
【教学重难点】
1．超声波传递信息测量距离的有关计算。
2．声音传递能量的应用实例。
【教学步骤】
【自主学习案】
观赏蝙蝠捕食昆虫、声呐探测海深、声呐探测鱼群、声呐确定沉船的位置的画面。了解物理知识在实际生活中的应用。
【课堂导学案】
一、讲授新课
1．列举出声的利用实例：
(1)请同学们说出所了解的声的利用。
(2)老师在黑板上记录下同学们提出的各种看法。
牛皮枕筒预警：古代军队宿营，士兵头枕牛皮绷的枕筒可以防止夜间敌人的偷袭；
在海里航行的轮船用声呐探测前方冰山的距离；
地震、火山喷发、台风等，都伴有次声波产生，利用这种次声波可以报警；
狗听次声波报警等。
(3)分类
提问：同学们看一看怎样把这些应用归类？
①可以根据在医疗、工业、军事、日常生活等方面的利用分类；
②可以根据声音的特性分类；
③还可以按课本分为“声与信息”，“声与能量”。
2．声与信息：
(1)观看视频，了解生活中利用声音来获取信息的实例。
(2)请同学们说说你们在日常生活中接触过或从生活中感知过的利用声的信息的例子。
(3)从黑板上找出利用声获取信息的例子。
3．声与能量：
(1)演示实验：将正在发声的扬声器逐渐靠近燃烧的蜡烛，观察现象。
(2)学生表述现象并分析说明了什么。
(3)小结：烛焰随着音乐而左右摇摆，说明了声音能传递能量。
(4)观看敲打橡皮膜火焰闪动的视频，再次感知声音传递能量的现象。
(5)学生认识声波传递能量的具体应用。
(6)声波能传递能量通常用的是超声波，因为超声波传递的能量比其它的声波更大。
(7)声波能传递能量，通常有很多应用，要想阻断声波传递能量，只要用一真空层就能实现。
二、课堂小结
1．声可以直接传递信息
(1)听课；听报告；听收音机。
(2)选西瓜；选泡菜坛；选瓷器。
(3)医生利用听诊器了解心肺的工作状态(叩诊)。
(4)工人从运转的机器声音判断运转是否正常。
(5)火车进站后，车检员用小铁锤敲击车箱底部的车轮和支撑弹簧便可知道螺丝是否松动、破裂。
(6)冬天，地下的自来水管爆裂，检测工人常用木棒或金属棒“听漏”，确定位置。
(7)蝙蝠的“回声定位”。
(8)医学上运用B超探测病人体内病情。
2．声能传递能量
(1)利用超声波除去体内结石、牙石。
(2)利用超声波清洗钟表、眼镜等精细机械。
(3)利用超声波将液体雾化。
(4)超声波药液雾化器。
【拓展练习】
1．科学家在对蝙蝠的研究中，曾经用黑布将蝙蝠的双眼蒙上，发现蝙蝠也可以很正常地飞行，没有受到一点影响，这是因为蝙蝠在飞行时发出超声波，根据回声定位原理来飞行。
2．下列哪项不是超声波的应用(　C　)
A．超声波碎石
B．超声波探测海洋的深度
C．超声波测定地球和月球之间的距离
D．超声波清洗精密仪器
2．4　噪声的危害和控制
【教学目标】
1．了解噪声的来源和危害，知道噪声等级的划分。
2．通过自身体会和实际操作，知道防治噪声的途径，增强环保意识。
【教学重难点】
1．理解生活中的噪声和物理中的噪声的区别及联系。
2．会将控制噪声的方法在日常生活中应用。
【教学步骤】
【自主学习案】
同学们观看关于乐音和噪声的视频，指出哪些是噪声。
【课堂导学案】
一、讲授新课
1．噪声
(1)噪声：发声体做无规则振动时发出的声音。
(2)噪声的波形：学生观看视频，认识噪声的波形。
(3)噪声的来源：学生观看视频，了解噪声的来源。
(4)师小结：从环境保护的角度看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音，都属于噪声。
从这个意义上说，噪声的来源是非常多的。街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声，以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。
(5)提问：教室和教室周围有无噪声？如有，这些噪声是从哪里来的？
我们经常有这样的感受：当课堂纪律很好时，我们会对老师所讲的知识的理解和记忆都较为深刻；但是当某一节课由于某种原因而导致课堂纪律较乱时，这节课的听讲效果也就特别差，好像对老师讲过的知识没有什么印象。这是因为安静的环境容易使人注意力集中；吵闹的环境(噪音)会分散人的注意力。
2．噪声强弱的等级和危害
(1)人们对噪声强弱的等级主要是从响度这个角度来划分的，用分贝来作单位。
(2)认识噪声强弱的等级：学生观看视频了解噪声强弱的等级。
(3)噪声的危害：
①学生了解一些声强级的分贝数和人们相应的感觉，从而认识噪声的危害。
②噪声的具体危害：
心理效应：使人烦躁、精力不集中，妨碍睡眠和休息，影响工作效率。
生理效应：头痛、消化不良、视觉模糊、耳聋等，严重的甚至神志不清、休克或死亡。
物理效应：高强度噪声能够损坏建筑物等。
3．控制噪声
(1)认识怎样控制噪声：学生观看视频，认识控制噪声的方法。
(2)分析怎样控制噪声
提问：人耳听到声音的途径是怎样的？
回忆前面学习过关于人耳听到声音所经过的物理过程：声源的振动 → 通过介质(空气)的振动传播 → 鼓膜的振动引起神经反应听到声音。
提问：可以从几个环节减弱噪声？
学生通过讨论，举例，总结出可以从三条途径减弱噪音污染：
①堵源头。安装消音器或隔音罩、禁止汽车鸣喇叭、禁止播放高音喇叭、禁止燃放鞭炮等；
②阻传播。安装隔音板、植树造林等；
③防入耳。带耳塞等。
学生参与：举出生活中不同的噪声并提出减弱噪声的方案。
(3)想想议议：
①摩托车的消声器是在哪儿减弱了噪声？
②美丽的扬州火车站掩映在重叠山峦中，从声学的角度分析这样做的好处。
③观察空军地勤人员的耳罩，这是采取了哪一种减弱噪声的方法？
4．噪声的利用：
(1)噪声除草：科学家根据不同植物对不同噪声的敏感程度不同，制造出噪声除草器，其发出的噪声使杂草的种子提前萌发，这样就可以在作物生长之前除掉杂草。
(2)噪声除尘：美国科研人员研制出一种除尘器，它可以发出频率为2 000 Hz，声强为160 dB的噪声，这种装置可用于烟囱除尘。
(3)噪声发电、噪声制冷、噪声克敌等。
二、课堂小结
【拓展练习】
冬天原来嘈杂的街道、马路，刚下过雪后显得格外寂静，周围环境中的噪声都上哪去了？
答：刚下的雪的表面有许多小孔，由于气孔往往是内部大而口径小，所以，当声音进入这些小气孔之后，会发生多次反射，形成良好的吸收声音的材料。噪声被雪吸收掉了，所以雪后，马路上显得比较宁静。

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