初中物理“聲現象”幾個演示實驗裝置的改進

劉 燕

(新余市第四中學 江西 新余 338001)

我們每天都生活在聲音的海洋里，在滬粵版八年級物理上冊有一節“我們怎樣聽見聲音”的內容，由于聲音可聽不可見，同時聲音的產生與傳播的物理原理都非常抽象，學生很不易理解.基于各校學生的具體情況不同，我校仍需要教師在課堂上做演示實驗.由于我校實驗器材的局限性，課本上的實驗方案在實際操作中效果很不好，為此，筆者對課本上的幾個實驗進行了改進，在教學中能很好地突破重難點[1～3].

1 探究“聲音的產生條件”實驗裝置的改進

在探究“聲音的產生條件”這一環節中，平時教學中我校教師都是利用敲擊音叉發聲然后再讓音叉與乒乓球接觸，如圖1(a)所示.通過音叉發聲時觀察到乒乓球晃動了，由此得出“發聲的音叉在振動”這一結論.對于這一方案，筆者認為有不足之處——乒乓球太輕，容易受風的影響而晃動.基于這個原因，筆者設計以下實驗裝置加以改進.

創新方案一：

(1)實驗主要器材及制作

音叉、小木槌、小鏡片、激光筆、自制支架.先將準備好的音叉用釘子固定在支架的一端，再用雙面膠將小鏡片粘貼在音叉的一邊，然后把激光筆固定在自制支架另一端的木制槽中,如圖1(b)所示.

(2)操作過程

開啟激光筆后，讓光束對準小鏡片.當不敲擊音叉時，觀察到墻壁上有一個圓形的光斑,如圖1(c)所示，用小木槌敲擊音叉，此時墻壁上的光斑變成了一條線段.換更大的力敲擊音叉，聽到的聲音更響，同時觀察到線段也更長,如圖1(d)所示.敲擊完音叉隨后立即用手握住音叉，發現音叉立即停止發聲，同時墻壁上的線段又變回圓形光斑.利用改進后的實驗裝置進行教學，能讓學生很好地理解“聲音產生的條件是振動，振動停止發聲立即停止”這一知識點.改進后的裝置穩定，不易受外界因素的干擾，操作方便，能明顯把音叉的微小振動放大化.

2 探究“真空能否傳聲”實驗裝置的改進

在探究“真空能否傳聲”這個實驗時，我校目前教學中仍是采用傳統的真空玻璃罩、電動抽氣機、鬧鐘、學生電源等來進行實驗教學(如圖2所示).

(a) (b) (c) (d)

圖2 探究“真空能否傳聲”實驗裝置

但利用這套實驗裝置教師來做演示實驗卻存在很多不足之處：

(1)電動抽氣機噪音太大而且笨重，很不方便攜帶，操作起來也不方便.

(2)玻璃罩與抽氣盤的密封效果也不好，導致實驗效果很不明顯.

(3)該實驗裝置不能進行學生分組實驗，不便于讓每個學生都參與到實驗中來.考慮到以上幾點，筆者制作了如下裝置改進教學方案，以便能更好地完成本節課的實驗教學.

創新方案二:

(1)實驗主要器材

500 mL大注射器、120分貝的蜂鳴器、7號電池6節、音樂賀卡上的小開關、輪軸、壓面機上的手柄、支架等.

(2)制作方法

先用大頭針在注射器的橡膠活塞上打兩個小孔，再用極細導線穿過小孔，導線的一端連接蜂鳴器，另一端與外面的電池及開關相連.電路連接完畢之后，再用玻璃膠將電池及開關固定在注射器活塞的凹槽內，如圖3所示.

圖3 注射器活塞凹槽內固定電池及開關

鑒于容量太小的注射器抽氣效果不好，而容量太大的注射器用手向外拉活塞時，外界大氣壓在活塞上產生的壓力非常大，用兩手很難把活塞拉動.最后經過多次改進，筆者利用輪軸、壓面機上的手柄、8 mm的細鋼絲繩連接500 mL大容量注射器的活塞，然后再把它們一起組裝到支架上，如圖4所示.

圖4 筆者改進后的實驗裝置

(3)操作過程

1)閉合開關，將安裝在活塞上的蜂鳴器接通.

2)把活塞向上推到頂部，直到里面封閉一定空氣時用夾子夾住管口.

3)用力搖動壓面機上的手柄將活塞慢慢向下拉，此時里面的空氣越來越稀薄，聽到的聲音越來越小. 由此可得出“聲音的傳播需要介質”，并利用實驗推理法進一步推理出“真空不能傳聲”的實驗結論.

改裝后的實驗裝置，在實際教學中既可以用幾十支注射器開展學生分組實驗(如圖5)，提高學生學習的主動性和探究精神；又可以將注射器組裝到支架上單獨做演示實驗，效果直觀又明顯.

圖5 學生實驗

3 演示“聲音傳播的形式”實驗裝置的改進

平時我們每天都能聽見各種聲音，但聽到的聲音卻看不到摸不著.產生的聲音是以何種形式傳播出去的呢？聲音的傳播形式在本節內容中是一個教學難點，平常教學中為了突破這個難點，我校教師們一般都是按教材上傳統的方案，將話筒與示波器相連，然后把聲音信號轉換成電信號，在示波器上顯示聲音的波形進行實驗教學，如圖6所示，但利用這種方案來做演示實驗同樣存在不足之處——這種顯示聲音傳播形式的方法對于初二的學生來說不夠直觀形象，學生無法直觀地看到聲音傳遞的整個過程，為此筆者又設計了一些裝置來改進教材上的教學方案[4,5].

圖6 示波器顯示聲音波形實驗教學

創新方案三：

(1)實驗主要器材

單音頻發射器、音響、泡沫小顆粒、一端封閉的有機玻璃管、支架、洗衣袋等.

(2)制作方法

先在音響的喇叭上用玻璃膠粘一塊木板，木板上挖一個和有機玻璃管差不多大的小孔，使聲音更加集中，再用螺絲將單音頻發射器和音響連接成為一個整體，如圖7所示.

圖7 單音頻發射器和音響

(3)操作過程

1)將泡沫小顆粒裝入管內，再用洗衣袋和橡皮筋把管口封住.

2)將裝好泡沫顆粒的有機玻璃管放到支架上，然后將管口對準音響的喇叭.

3)打開電源，管內的泡沫顆粒開始由近向遠振動起來，其振動形式就像水波一樣一圈一圈地向外傳，如圖8所示. 利用改進后的這一實驗裝置進行實驗教學，學生能特別直觀形象地看到聲音傳遞的整個過程，很好地突破了聲音的傳播形式這個教學難點.

圖8 聲波在泡沫顆粒中傳播

4 演示“固體傳聲”實驗裝置的改進

本節課在探究“固體能否傳播聲音”時，平時課堂我校教師通常是利用學生敲擊桌子來感知固體桌子是否傳聲？由于課堂上所有同學同時操作受外界的干擾大，實驗效果不佳.為此，筆者利用學生現有的復讀機再配上壓電陶瓷片制成簡易的骨傳導助聽器.

制作方法及操作過程：將復讀機上的音頻數據線一端與壓電陶瓷片焊接在一起，如圖9所示，然后把數據線插入復讀機.打開復讀機開關播放音樂，旁邊的同學聽不到；此時讓學生甲雙手捂住耳朵，另一學生乙將自制助聽器的壓電陶瓷片分別放到學生甲的額骨，顴骨，脊椎骨，頜骨等骨骼部位進行聽聲實驗,如圖10所示，學生均能清晰地聽到音樂聲，由此可以得出“固體也能傳播聲音”這個結論.改進后的實驗裝置貼近生活，同時增加了課堂的趣味性，能很好地調動學生學習物理的積極性.

圖9 “固體傳聲”實驗裝置改進

圖10 聽聲實驗

5 使用效果

改進實驗方案后的這些教具取材容易、操作簡單，現象直觀明顯.利用改進后的裝置很好地解決了將本節課堂教學中原本抽象化的聲音變為可視化；同時將可見度小的振動進行放大化；把無趣的課堂教學也趣味化.總之，在滬粵版八年級物理上冊2.1節“我們怎樣聽見聲音”這一課中使用以上改裝后的實驗裝置進行課堂教學，取得了很好的實驗教學效果.同時，筆者利用這些裝置在參加江西省實驗教學大賽中，榮獲全省第一名.