轉(zhuǎn)化法在聲學(xué)中的應(yīng)用

鐘文瑜

(深圳大學(xué)師范學(xué)院附屬中學(xué) 廣東 深圳 518000)

曾文峰

(南頭中學(xué) 廣東 深圳 518000)

初中學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)基本的物理知識，還需要掌握相應(yīng)的物理研究方法.在學(xué)習(xí)物理時，學(xué)生學(xué)會運(yùn)用相應(yīng)的物理研究方法，來認(rèn)識和理解物理概念和物理規(guī)律，培養(yǎng)自己的科學(xué)思維方法和習(xí)慣，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.在初中物理教學(xué)中，常見的物理研究法有控制變量法、等效替代法、比值定義法、實驗推理法、類比法和轉(zhuǎn)化法等[1].學(xué)生掌握轉(zhuǎn)化法能提高其學(xué)習(xí)物理的深廣度，影響其有效解決物理問題和靈活運(yùn)用物理知識[2].

轉(zhuǎn)化法是指通過一定的方法將不容易直接觀察到的物理現(xiàn)象使人直接看到或感受到.轉(zhuǎn)化法是將微小轉(zhuǎn)化為放大，將不可見轉(zhuǎn)化為可見，將不可測量量轉(zhuǎn)化為可測量量的方法[3].在聲學(xué)中，有些物理現(xiàn)象學(xué)生不容易直接觀察或感受到，可以通過一定的方法進(jìn)行感知，而新課和習(xí)題課是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識和科學(xué)方法的重要課型.本文嘗試著從新課教學(xué)和習(xí)題教學(xué)中介紹轉(zhuǎn)化法在聲學(xué)中的應(yīng)用，使教師了解如何向?qū)W生滲透轉(zhuǎn)化法，使學(xué)生掌握這一種重要的研究方法.

1 轉(zhuǎn)化法在新課教學(xué)中的呈現(xiàn)

物理研究方法往往隱藏在知識后面，對知識的支配和運(yùn)用發(fā)揮著重要作用，因此，教師在新課教學(xué)中要顯化科學(xué)方法的教育.在新課教學(xué)中有一些物理現(xiàn)象學(xué)生并不能直接觀察或感受到，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過一定的方法進(jìn)行感知，并總結(jié)歸納這種物理研究方法為轉(zhuǎn)化法，如圖1所示.在聲學(xué)中，研究聲音是由物體的振動產(chǎn)生的，以及探究聲音的響度與振幅的關(guān)系時，將微小的振動轉(zhuǎn)化為放大，都涉及到轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用.下面以“聲音的產(chǎn)生”新課教學(xué)為例，具體介紹如何在新課教學(xué)中滲透轉(zhuǎn)化法.

圖1 新課教學(xué)中轉(zhuǎn)化法的呈現(xiàn)

師：(教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識聲音是如何產(chǎn)生的，再演示較難觀察或感受到發(fā)聲體振動的實驗)聲音是由物體的振動產(chǎn)生的，但是所有發(fā)聲體的振動我們都能直接觀察或感受到嗎？比如敲鼓時鼓面的振動，敲擊音叉時音叉的振動，吹玻璃瓶時空氣柱的振動.

生：不能直接觀察或感受到.

師：擊鼓時，我們不容易直接觀察到鼓面的振動，你能用什么方法來感知它？

生：(思考后回答)可以在鼓面上加些小紙屑.

師：(教師在鼓面上加些小紙屑，如圖2所示)在鼓面上加些小紙屑，敲擊鼓面時，從鼓面上紙屑的跳動看出鼓面在振動，將鼓面的振動轉(zhuǎn)化為紙屑的跳動.

師：人向玻璃瓶內(nèi)輕輕吹氣時，我們不容易直接觀察到空氣柱的振動，你能用什么方法來感知它嗎？

生：我們向瓶內(nèi)放些輕的小紙屑，從紙屑的跳動反映出空氣柱的振動.

圖2 紙屑在鼓面上跳動

師：(在玻璃瓶內(nèi)加些泡沫，如圖3所示)為了更好地反映出空氣柱的振動，我們用輕小的泡沫代替紙屑.在玻璃瓶內(nèi)加入泡沫，向玻璃瓶內(nèi)吹氣時，在聽到聲音的同時看到泡沫在跳動，將空氣柱的振動轉(zhuǎn)化為泡沫的跳動.

圖3 泡沫在玻璃瓶內(nèi)跳動

師：敲擊音叉使音叉發(fā)聲，我們不容易直接觀察到音叉的振動，你能用什么方法來感知它嗎？

生：(學(xué)生思考并回答)將正在發(fā)聲的音叉靠近懸吊的小球，從小球的跳動看出音叉的振動.

師：(教師演示音叉把乒乓球彈開、將音叉放入水中和用手觸摸音叉的實驗，如圖4所示)將乒乓球輕輕靠近正在發(fā)聲的音叉，乒乓球來回跳動.當(dāng)按住音叉時，乒乓球逐漸停止跳動.我們還可以將正在發(fā)聲的音叉輕輕放入水中，發(fā)現(xiàn)水花四濺，將音叉的振動轉(zhuǎn)化為水花的跳動.用手碰正在發(fā)聲的音叉，能感受到音叉在振動.通過這些方法我們能直接觀察或感受到音叉在振動.

圖4 音叉振動的演示實驗

師：(教師總結(jié)歸納)一些發(fā)聲體的振動，人眼不容易直接觀察到，比如敲鼓時鼓面的振動，敲擊音叉時音叉的振動，吹玻璃瓶時空氣柱的振動，這可以通過一定的方法將發(fā)聲體的振動使人直接看到或感受到，這種方法叫做轉(zhuǎn)化法.

教師先列舉一些物理現(xiàn)象：敲鼓時鼓面的振動，敲擊音叉時音叉的振動，吹玻璃瓶時空氣柱的振動，這些物體的振動學(xué)生不容易直接觀察或感受到，再者教師引導(dǎo)學(xué)生通過一定的方法進(jìn)行感知，最后總結(jié)歸納運(yùn)用了轉(zhuǎn)化法.在“聲音的產(chǎn)生”教學(xué)中，教師把轉(zhuǎn)化法這一研究方法教育作為教學(xué)活動的中心，將方法的教育貫穿整個教學(xué)過程.

2 轉(zhuǎn)化法在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

在物理教學(xué)中，不僅要在新課教學(xué)中突出物理方法教育，而且要在習(xí)題教學(xué)中將物理方法的教育顯化出來[4].教師要引導(dǎo)學(xué)生從習(xí)題的問題情境中進(jìn)一步認(rèn)識知識，若習(xí)題中涉及到相應(yīng)的物理研究方法，還要結(jié)合課本或課外習(xí)題向?qū)W生滲透其中涉及到的研究方法，使學(xué)生從習(xí)題中理解物理知識、掌握物理規(guī)律和培養(yǎng)科學(xué)思維方法，如圖5所示.

圖5 習(xí)題教學(xué)中轉(zhuǎn)化法的呈現(xiàn)

在聲學(xué)習(xí)題中，常常涉及到一些看不見或感受不到的物理現(xiàn)象，或者一些難于測量的物理量，需要轉(zhuǎn)化為看得見或聽得見的物理現(xiàn)象，或者將其轉(zhuǎn)化為容易測量的物理量，這樣學(xué)生運(yùn)用轉(zhuǎn)化法來解決問題更加容易.下面以兩道典型的習(xí)題為例，具體談轉(zhuǎn)化法在聲學(xué)習(xí)題中的應(yīng)用.

(1)將不易觀察的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為能直接觀察的現(xiàn)象

有一些物理現(xiàn)象是學(xué)生不容易看見或感受到的，教師要引導(dǎo)學(xué)生從看得見或聽得見的現(xiàn)象中獲取相關(guān)信息，運(yùn)用轉(zhuǎn)化法來解決物理問題.

【例1】小明為了“看”到自己的聲音，將一個飲料瓶去掉瓶蓋和瓶底，在飲料瓶的一端蒙上膠膜，小明對飲料瓶另一端說話(不接觸飲料瓶).為了更好地看出說話時膠膜在振動，他在膜上粘有一小塊平面鏡，將小手電筒發(fā)出的光照射在平面鏡上，會看到墻上反射的光斑在晃動.小明從______(填觀察到的現(xiàn)象)看出飲料瓶上膠膜的振動，從而“看”到自己的聲音.

除了用在膠膜上粘平面鏡的方法，你再想一種方法，你能看到說話時膠膜在振動，從而“看”到自己的聲音______.

解析:聲音能聽到但難于看見，人對飲料瓶說話時聲波引起飲料瓶上膠膜的振動，而這膠膜的振動不容易直接觀察，通過反射到墻上的光斑在晃動，看出飲料瓶上膠膜的振動；還可以在膠膜前懸掛一個輕質(zhì)小球，從小球的跳動顯示出膠膜的振動，從而“看”到自己的聲音，這采用了物理上的轉(zhuǎn)化法.

可見，將不容易看到或感受到的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化為看得見或感受到的現(xiàn)象，使學(xué)生在運(yùn)用物理知識時更加靈活.

(2)將難于測量量轉(zhuǎn)化為易于測量量

一些物理量是學(xué)生用現(xiàn)有實驗儀器難于進(jìn)行測量的，教師要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用轉(zhuǎn)化法，將這些難于測量量轉(zhuǎn)化為易于測量量.

【例2】噪聲是一種嚴(yán)重的環(huán)境污染，小明想比較毛衣、報紙、棉花、泡沫塑料的隔音性能，來選擇一種隔音性能好的材料做耳罩的填充物，實驗器材有待檢測的材料、音叉、鬧鐘和鞋盒.小明將聲源放入鞋盒內(nèi)，在其四周塞滿待測材料，再蓋上盒蓋，請你協(xié)助小明設(shè)計一種實驗方案，來比較不同材料的隔音性能[5].

解析:不同材料的隔音性能比較難直接進(jìn)行測量，而響度和長度我們是能用現(xiàn)有實驗儀器進(jìn)行測量的.可以將材料的隔音性能轉(zhuǎn)化為在相同位置聲音的響度設(shè)計方案，也可將材料的隔音性能轉(zhuǎn)化為從聽不見聲音處到鞋盒的距離的測量出發(fā)，設(shè)計實驗方案，故設(shè)計的方案如下.

方案A：讓人站在距鞋盒一定距離外，用分貝儀測量此處所聽見聲音的響度并進(jìn)行比較，測得此處聲音的響度越小的材料隔音效果越好.

方案B：讓人一邊聽聲音一邊后退，直至聽不見聲音為止，比較此處距鞋盒的距離，測得此處距鞋盒的距離越小的材料隔音效果越好.

可見，將不容易測量量轉(zhuǎn)化為容易測量量，這樣使學(xué)生在解決和處理物理問題時顯得更加簡單.

3 思考與建議

科學(xué)方法是連接物理知識和物理現(xiàn)象的紐帶，是物理認(rèn)識活動的中介[6].教師不僅要向?qū)W生滲透控制變量法、類比法、等效替代法等物理研究方法，而且要加強(qiáng)學(xué)生對轉(zhuǎn)化法的理解與應(yīng)用.在新課教學(xué)中，教師要外顯隱藏在物理知識后面的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納其中涉及到的科學(xué)方法.

在習(xí)題中，有些物理問題學(xué)生需要用到轉(zhuǎn)化法才能更容易解決，此時教師要外顯習(xí)題中支配和應(yīng)用知識的科學(xué)方法，讓學(xué)生體會到轉(zhuǎn)化法給解決物理問題帶來的便利.教師要重視在新課和習(xí)題課中向?qū)W生滲透轉(zhuǎn)化法，突出轉(zhuǎn)化法在聲學(xué)及其他領(lǐng)域的重要應(yīng)用.