音調(diào)與頻率關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索

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1實(shí)驗(yàn)器材

低頻信號(hào)發(fā)生器（EE1641C型），便攜式電腦小音箱，仿真蝴蝶（冰箱貼），BNC轉(zhuǎn)雙鱷魚夾線。

2演示方法

2.1演示聲音具有“音調(diào)”這一特性

將仿真蝴蝶用膠水粘在音箱的紙盆上，用BNC轉(zhuǎn)雙鱷魚夾線將低頻信號(hào)發(fā)生器與音箱相連。通過低頻信號(hào)發(fā)生器的“頻率選擇”按鈕，使信號(hào)源的頻率在“10”、“100”、“1K”三個(gè)檔位之間進(jìn)行切換。這時(shí)，音箱既可以發(fā)出低沉的聲音也可以發(fā)出尖銳的甚至是刺耳的聲音，音調(diào)變化十分顯著。由此，學(xué)生可以深刻地感受到聲音可高可低，具有“音調(diào)”這樣的特性。注意事項(xiàng)：實(shí)際上，在調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率時(shí)，聲音的響度也會(huì)發(fā)生變化。為了將學(xué)生的注意力集中在音調(diào)的變化上，可以適當(dāng)?shù)靥岣咭粝涞囊袅浚驗(yàn)楫?dāng)聲強(qiáng)大于85dB時(shí)，耳朵對(duì)各個(gè)頻率聲音的靈敏度基本上相等。

2.2演示“音調(diào)與頻率的關(guān)系”

將低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率檔位選擇在“10”，轉(zhuǎn)動(dòng)“頻率微調(diào)”旋鈕，對(duì)信號(hào)源頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，可以觀察到：蝴蝶振動(dòng)速度發(fā)生變化的同時(shí)，聲音的音調(diào)也發(fā)生了變化。蝴蝶振動(dòng)加快，音調(diào)變高；振動(dòng)變慢，音調(diào)變低。這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象強(qiáng)化了學(xué)生的直觀感受，為學(xué)生作出合理猜想和進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，也有利于學(xué)生“頻率”概念的建立。注意事項(xiàng)：一定要在“低頻”檔對(duì)信號(hào)進(jìn)行“連續(xù)”調(diào)節(jié)。聲音控制在低頻是為了人眼能夠觀察到振動(dòng)，對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)可以使音調(diào)以及振動(dòng)速度的變化更易察覺。

3演示用途拓展

此套裝置除了可以很好地演示“音調(diào)與頻率的關(guān)系”外，還可以演示其他一些聲現(xiàn)象，而且效果也相當(dāng)不錯(cuò)。

3.1演示“聲音是由于物體的振動(dòng)產(chǎn)生的”

音箱發(fā)出聲音的同時(shí)，蝴蝶也在振動(dòng)，音箱不發(fā)聲，蝴蝶振動(dòng)停止。借助于這一現(xiàn)象，學(xué)生可以猜想到：聲音可能是由于物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。

3.2演示“聲音是一種波”

將點(diǎn)燃的蠟燭放在音箱前，在頻率較低的情況下，可以清楚地看到燭焰周期性的來回晃動(dòng)，借助于此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師可以引出“聲波”的概念。

3.3演示“響度與振幅的關(guān)系”

在小音箱的喇叭口置一透明容器，將橡皮泥捏成的小球放在音箱的紙盆上，調(diào)節(jié)音箱的音量，可以控制小球的彈跳高度。小球的重量較輕，在不同響度的聲音下，小球振動(dòng)幅度的變化較為明顯，這一現(xiàn)象可以演示響度與聲源的振動(dòng)幅度的關(guān)系。

3.4演示“次聲波”和“超聲波”

從“0”到“10M”順次切換低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率檔位，可以發(fā)現(xiàn)人耳并不是所有頻率的聲音都能聽到。借助這一現(xiàn)象，教師可以引出“超聲波”和“次聲波”的概念。以上介紹的演示實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象新奇、直觀，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)能幫助學(xué)生理解所學(xué)的概念，希望能為教師們的實(shí)際教學(xué)提供些許參考。

作者：孫阿明 劉靜 單位：南京師范大學(xué)泰州學(xué)院信息工程學(xué)院