對音調和頻率關系實驗的改進

李轉松

義務教育課程標準實驗教科書人教版第一章第三節《聲音的特性》一課,在探究音調和頻率的關系演示實驗中,將一只鋼尺緊按在桌面上,一端伸出桌邊,撥動鋼尺(如圖1示),改變鋼尺伸出桌邊的長度,再撥動鋼尺,比較兩種情況下鋼尺振動的快慢和發聲的音調,鋼尺伸出桌邊的長度不同,撥動后發聲的音調不同.

在學生實驗報告冊里,學生的實驗是用兩條長短相同粗細不同的橡皮筋,分別繃在相同的兩把直尺上,各用兩支鉛筆墊起,且墊起的位置保持相同(如圖2所示),分別用手輕撥粗細不同的橡皮筋,就發出音調不同的聲音.

以上的演示實驗和學生實驗所取器材都是學生身邊之物,是學生經常接觸的小物件,易引起學生的操作興趣,激發學生對實驗的積極參與和探究.教學時,教師大都是采用這兩種方法來進行.但在實驗中發現,無論是撥動鋼尺還是橡皮筋,因鋼尺的長度和橡皮筋粗細的限制,所發出的聲音一般都較小,且選擇音調的范圍有限,音調的高低差異不很明顯.在教學中,筆者對此實驗作了改進,所用器材是長約60至70厘米的有皺褶的軟塑料管,這種管可用廢舊的洗衣機進、出水管或吸塵器的吸管,也可從商店里購得.演示操作十分簡單:用手握住塑料管的一端,使管子在空中較快地旋轉(如圖3所示),就會發出悅耳的聲音,旋轉的速度不同,發出聲音的音調不同,塑料管旋轉得越快,由于發聲的頻率增大,發出的音調越高.演示時稍為改變其旋轉速度,就會發現發聲的音調不同,且整個教室均可很清晰聽到、看到,效果非常明顯.這也是學生經常在街頭巷尾玩的把戲.

在塑料管旋轉時,因為旋轉端快速運動使之氣壓減小,空氣從手握的管端流向旋轉端,從而發生振動,其振動頻率由管子皺褶的間隔及空氣的流速決定.演示時,可選用兩種管徑相同但皺褶不同的塑料管為佳.

除了上述方法外,還可用一根結實的短繩、一條長約20至30厘米,一端有孔的扁木條,也可用一端有孔的鋼尺來演示.操作時把短繩穿過扁木條一端的孔,系牢后用手拉住繩子,揮動手臂或整個胳膊,讓木條在水平面或豎直面內旋轉,就會發出聲音,旋轉的速度不同,發出聲音的音調也不同,旋轉速度越快,音調越高,實驗效果也很明顯.

(責任編輯:易志毅)