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2.2 《乐音的特性》学案
学习目标：
1. 掌握响度、音调和音色的概念.
2. 通过实验探究，列举影响响度、音调和音色的主要因素.
3. 能区分声音的特性.
4. 根据声音的特征能判断并对各种声音进行分类.
学习过程：
知识梳理
一、　声音的响度
1.声音的强弱叫响度，振动的幅度称为振幅．声音的响度与声源的振动幅度有关，振动幅度越大，响度越大.
2.响度还与距离声源的远近有关，距离越远，响度越小；还与声音是否集中于一个方向上传播有关，例如医生用的听诊器能清晰地听到心脏跳动的声音.
3.探究响度的影响因素.
实验中用到了控制变量方法：就是在研究一个问题和几个量之间的关系时，先研究其中一个变量，其余的变量相同(或保持不变)，这样得出这个变量与要研究的问题是否有关．同样的方法，在其余的变量中再选取一个，余下的变量保持不变进行研究．
比如研究响度与振幅的关系，就得控制距离相等，传播范围一样。
【例1】　要想使听到的锣声更响些，下列方法中最好的是(　　)．
A. 加大敲锣力度，同时人离锣远些 B. 减小敲锣力度，同时人离锣近些
C. 加大敲锣力度，同时人离锣近些 D. 减小敲锣力度，同时人离锣远些
精析：声音的响度与振幅、距离声源的远近有关，敲击力度越大，振幅越大，响度越大，离声源越近，响度越大．
解答：C
解后反思：　在探究影响声音的响度的因素时，可在鼓面上撒些碎纸屑，观察小纸屑的振动幅度与响度的关系．用较小的力敲鼓时，发现鼓皮振动的幅度小，听到的鼓声较弱；而用较大的力敲鼓时，发现鼓皮振动的幅度较大，听到的鼓声较强．响度还与距离声源的远近有关，距离声源越近，响度越大．
二、　声音的音调
1.声音的高低叫音调．每秒钟振动的次数叫频率，频率的单位是赫兹，符号是“Hz”．音调取决于声源振动的频率，频率越高，音调越高．
2.探究音调的影响因素——弦乐器的音调与哪些因素有关.
实验中用到了控制变量方法：就是在研究一个问题和几个量之间的关系时，先研究其中一个变量，其余的变量相同(或保持不变)，这样得出这个变量与要研究的问题是否有关．同样的方法，在其余的变量中再选取一个，余下的变量保持不变进行研究．
弦乐器的音调与哪些因素有关呢？猜想：可能与弦的长度、粗细、松紧有关。
3.对着装有水的试管吹，发声体是管内空气柱在振动，空气柱长短不同，振动的频率不同，音调也就不同，空气越多振动得越慢，声音的音调越低；敲打装有水的试管，发声体是试管玻璃和水在振动，水越多振动得越慢，声音音调越低。
【例2】　在联欢会上，主持人介绍“下面请听我国著名男低音歌唱家演唱……”、“有请女高音歌唱家……”，这里的“高”和“低”指的是(　　)．
A. 音色　　　 B. 响度 C. 音调 D. 声速
精析：日常生活中的声音的高低，误以为就是指声音的大小．平时所说的“男高音”、“女低音”是指音调的高低，它是由歌者声带振动的频率所决定的；响度则是指声音的大小，是由物体振动的快慢决定的．
解答：C
【例3】　C调中1(do)的频率为256 Hz，小提琴发这个音时琴弦每秒钟振动________次．如果琴弦每秒振动288次，发声的音调比C调中1音更________．
精析：频率的定义是声源每秒钟振动的次数，其单位是Hz，所以256 Hz的意义也就是每秒钟振动256次，且音调与频率有关，因此每秒钟振动次数数值越大，音调也就越高．
解答：256　高
解后反思：　音调和响度是两个不同的概念，音调决定于发声体的振动频率，响度决定于发声体的振幅．
【例4】　一般情况下女同学声音尖而细，而男同学声音低沉有力，为什么？
精析：一般女同学声带狭长，气流冲击声带发声时，声带振动较快，但振幅不大，所以音调高、响度小，听起来尖而细，而男同学声带较宽厚，发声时振动较慢，但振幅较大，所以音调低、响度大，听起来低沉有力．
解答：见精析
【例5】 豆豆同学在观察小提琴、二胡等乐器的弦振动时猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关．于是丽娜找来了各种不同的琴弦，想通过实验进行探究．琴弦的编号及情况如下表.
控制条件编号 琴弦的材料 琴弦的长度/cm 琴弦的横截面积/mm2
A 钢 30 0.3
B 钢 30 0.6
C 尼龙丝 40 0.5
D 铜 50 0.5
E 尼龙丝 50 0.5
(1)豆豆同学想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，请你帮她选用表中编号为________(只填字母代号)的琴弦．
(2)豆豆同学想探究弦发声的音调与弦的粗细的关系，请你帮她选用表中编号为________(只填字母代号)的琴弦．
精析：学会用控制变量的方法来探究影响音调的因素．影响弦乐器音调的因素有弦的长短、粗细、松紧等，在研究弦的音调与弦的长度的关系时，就要使用粗细、松紧相同而长度不同的弦进行实验；要研究弦的音调与弦的粗细的关系时，就要使用长短、松紧相同而粗细不同的弦进行实验；在研究弦的音调与弦的松紧的关系时，就要使用长短、粗细相同而松紧程度能够改变的弦进行实验．这种方法叫控制变量法，这是物理实验研究的重要方法之一．
豆豆同学想探究弦发声的音调与弦的材料的关系时，应控制琴弦的长度、琴弦的横截面积(以及松紧，本题已设定弦张紧程度相同)相同，再选择不同的材料相比较，因此只能选用表中编号D和E；若探究弦发声的音调与弦的粗细的关系，应控制琴弦的材料、琴弦的长度(及松紧)相同，再选择横截面积不相等的相比较，因此只能选用表中编号A和B.
解答：(1)D、E　(2)A、B
解后反思：同学们要通过分析熟练掌握控制变量法这种实验研究方法，要将控制的变量找准找齐才能避免失误.
三、　声音的音色
不同的乐器发出的声音是不同的，我们把声音的品质叫音色，不同的声音，音色是不同的，声波的波形也不同．音色取决于发声体的材料和结构。
【例6】 张一山在《朗读者》中为大家演绎了《追风筝的人》。关于其中的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．朗读时，朗读者的声带振动产生声音
B．空气中，声音的传播速度约约3×108m/s
C．观众主要依据音调区分主持人和朗读者的声音
D．明读者的声音很大是因为声音的频率很高
精析：：A、发声的物体一定在振动，朗读时，朗读者的声带振动产生声音，故A正确；B、声音在15℃的空气中传播速度约为340m/s，故B错误；C、主要依据音色区分主持人和朗读者的声音，故C错误；D、明读者的声音很大是因为声音的振幅大，响度大，故D错误。故选：A．
解答：A
解后反思：　不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色就不同
四、声音的波形图
波形图，主要看波形是否周期性重复（是否有规律，来决定是乐音还是噪声）、波幅的大小（振幅，来决定响度的大小）、波频的疏密（频率，来决定音调的高低）。也就是，一看波的形状（有无规律），二看波的疏密（频率），三看波的振幅。它们分别对应音色，音调，响度。
当堂训练
1.关于声音的产生和传播，下列说法正确的是（　　）
A．“声纹门锁”是依据声音的响度来识别的
B．鼓手打鼓用的力越大，鼓声的音调就越高
C．二胡演奏的优美旋律，是由弦的振动产生的
D．航天员在太空与地面交流时的声音是通过声波传回地球的
2.如图所示，小秦改变了尺子伸出桌面的长度，用大小相同的力拨动尺子，尺子振动的（ ）
A. 音调与声源振动的频率有关
B．音色与声源振动的幅度有关
C．响度跟人与声源的距离无关
D．声音只能在空气中传播
3.吉他上的弦绷紧时发声的音调比它不紧时高，则绷紧的弦发声比它不紧时（ ）
A．振幅一定更大 B．振幅一定更小
C．振动频率一定更低 D．每秒内振动次数一定更多
4.如图所示，在筷子上捆一些棉花，做一个活塞，用水蘸湿棉花后插入两端开口的竹管中，用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨音。上下推拉活塞，并用相同的力吹管的上端时，下列说法错误的是（ ）
A．哨音是由管内空气振动产生的
B．哨音是通过空气传到别人耳朵的
C．向上推活塞时，吹出的哨音响度会变大
D．向下拉活塞时，吹出的哨音音调会变低
5.如图所示，改变试管中的水量，用同样大小的力吹气时会发出不同的声音。这“不同的声音”主要是指声音的（ ）
振幅 B．音色
C．响度 D．音调
6.比较小鸡和老鹅的叫声，下列说法中错误的是(　　)．
A. 两种叫声的音色不同
B. 两种叫声的音调、响度和音色都不同
C. 老鹅的叫声音调高，响度大
D. 小鸡的叫声音调高，响度小
7. 东营市是吕剧发源地。吕剧常见的伴奏乐器有坠琴、扬琴、二胡等。观众可以根据乐器发出声音的 （选填“音调”、“响度”或“音色”）不同，分辨出是哪种乐器；琴师调节琴弦的松紧是为了改变声音的 （选填“音调”、“响度”或“音色”）．
8. 清晨，一觉醒来，听到窗外各种鸟儿欢快的鸣叫，有经验的人能够从这些声音中分辨出雄鸡、喜鹊、画眉……的叫声，这是根据声音的______进行辨别的；雄鸡的叫声能够传得比较远，这是它声音的________比较大的缘故．
9.在学习吉他演奏的过程中，小华发现琴弦发出声音的音调高低是受各种因素影响的，他决定对此进行研究．经过和同学们讨论，提出了以下猜想：
猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关；
猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关；
猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关．
为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列的 9种规格的琴弦，因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验.
编　号 材　料 长度/cm 横截面积/mm2
A 铜 60 0.76
B 铜 60 0.89
C 铜 60 1.02
D 铜 80 0.76
E 铜
F 铜 100 0.76
G 钢 80 1.02
H 尼龙 80 1.02
J 尼龙 100 1.02
(1)为了验证猜想一，应选用编号为________、________、________的琴弦进行实验；为了验证猜想二，应选用编号为________、________、________的琴弦进行实验；表中有的材料规格还没填全，为了验证猜想三，必须知道该项内容，请在表中填上所缺数据．
(2)随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能还与琴弦的松紧程度有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
10. 小明想比较几种材料(衣服、锡箔纸、泡沫塑料)的隔音性能，除了待检测的材料外，可利用的器材还有：音叉、机械闹钟、鞋盒．在本实验中适合作声源的是________．
小明将声源放入鞋盒内，在其四周塞满待测材料．他设想了两种实验方案，你认为最佳的是________．
A. 让人站在距鞋盒一定距离处，比较所听见声音的响度
B. 让人一边听声音，一边后退，直至听不见声音为止，比较此处距鞋盒的距离
通过实验得到的现象如下表所示，则待测材料隔声性能由好到差的顺序为________．
　　　　　表1
材料 衣服 锡箔纸 泡沫
距离 较长 长 短
　　　　　表2
材料 衣服 锡箔纸 泡沫
响度 较响 响 弱
11. 高级音响一般都配有音箱，箱中至少装有两只或两只以上的喇叭，它发出的声音美妙丰满，与原来的声音几乎完全相同，具有很高的保真度，请说明其中的道理．
《当堂训练》答案
1.C [解析]A、“声纹门锁”是依据声音的音色来识别的，故A错误；B、鼓手打鼓用的力越大，鼓声的响度就越大，故B错误；C、二胡演奏出的优美旋律，是由弦的振动产生的，故C正确；D、太空中是真空，真空不能传播声音，宇航员与地面的交流时的声音是通过电磁波传回地球的，故D错误。故选：C。
2.A　[解析]A、改变了尺子伸出桌面的长度，用大小相同的力拨动尺子，尺子的振幅是相同的，尺子振动的频率不同，能说明音调与声源振动的频率有关，故A正确；B、用大小相同的力拨动同一尺子，音色和振幅均相同，不能说明音色与声源振动的幅度有关，故B错误；C、响度跟振幅、人与声源的距离都有关，故C错误；D、实验中没有改变传播声音的介质，故不能说明声音只能在空气中传播，故D错误.
3.D　[解析]音调表示的是声音的高低，与声源振动的频率有关，频率越大，音调越高，即每秒振动的次数越多音调越高，故选D.
4.C [解析]A、声音由物体振动产生；用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨声，声音是由管内空气振动产生的，故A正确；B、我们听到的哨声是通过空气这种介质传播的，故B正确；C、吹出的哨音响度由吹管口的力度决定，若吹的力度相同则响度相同，若吹的力度不同则响度不相同；与拉动活塞无关，故C错误；D、向下拉“活塞”时，空气柱变长，空气柱振动变慢，则“竹管笛”发出的声音音调变低，故D正确。故选：C．
5.D [解析]用嘴贴着试管口吹气，振动发声的是由于试管口内空气柱的振动发出的，当水量增加时，空气柱长度越短，音调越高，因此这“不同的声音”主要是指声音的音调。故选：D。
6. C. [解析]本题是考查音调、响度问题，音调是指声音的高低，而响度是声音的大小．声音越尖细，则音调越高；声音越大，则响度越大．一般说来，儿童说话的音调比成人高，女人的音调比男人高．本题中小鸡和老鹅的叫声不同，小鸡的叫声声音小但尖细，而老鹅的叫声声音大但比较粗哑、低沉，即两种声音的音调、响度和音色都不同．故正确答案选C.
解后反思：物理学中把声音的高低称为音调，声音的大小（强弱）称为响度．这里主要是没有从物理学角度来区分响度和音调这两个概念，根据生活经验所形成的思维定式来做出错误的判断，没有从物理学的角度去认识事物．
7. 音色；音调　[解析]二胡和小提琴发声的音色不同，可以通过音色区分不同的乐器；调节琴弦的松紧，振动的频率不同，这样做的目的是为了改变声音的音调；故答案为：音色；音调.
8. 音色　响度
9. (1)A　B　C　A　D　F　80　1.02
(2)选用一根琴弦，用一定大小的力拉紧，拨动琴弦测出此时振动的频率，改用不同的力拉紧琴弦，分别测出相应的振动频率，进行分析比较
[解析]因为猜想音调与琴弦的横截面积、长短、材料等因素有关，因此在探究音调与某个因素的关系时，应保持其他因素相同.
10.机械闹钟 B 泡沫 衣服 锡箔纸
11.因为立体声音箱里配置的喇叭有的主要用来播放低频声音，能够清晰地放出几十赫的声音；有的主要用来播放高频声音，能够放出千赫以上的声音；有的主要用来播放中频声音．再加上用精选的木料做成体积较大的音箱，有利于低频声音的共鸣，所以听起来低音显得比较丰富而且强，而且多个喇叭播放的声音到达两只耳朵的时间不同，利用双耳效应使人产生立体声的感觉，放音效果很好，几乎没有失真．

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