“聲音的產生與傳播”的低成本實驗教學實踐

楊康弟

[摘 要]初中物理新課標提倡學生利用生活中的廉價用品或廢棄物品進行低成本物理實驗。文章通過“聲音的產生與傳播”的低成本實驗教學實踐，闡明低成本實驗教學對培養學生科學思維、科學探究以及創新意識等科學素養的作用。

[關鍵詞]聲音的產生與傳播;低成本實驗;教學實踐

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）32-0052-03

物理教學以物理實驗為基礎，低成本實驗具有“成本低而智慧不低、技術含量不低、價值不低”的特點而逐漸被教育界推廣。2011年版物理課程標準倡導學生利用身邊廉價的生活用品或廢棄物品進行低成本實驗。為適應新課程的教學需要，在《初中物理教學大綱》里鼓勵教師根據教學需要合理利用身邊的物品自制教具，進行物理教學。 以下通過“聲音的產生與傳播”的低成本實驗教學實踐，闡明低成本實驗教學對培養學生科學思維、科學探究、創新意識等科學素養的作用。

【教學片段】聲音的產生與傳播

生活中到處都有聲現象，本課利用學生身邊熟悉的、廉價的、容易獲得的物品，如紙、橡皮筋、塑料瓶、易拉罐等材料進行低成本的聲學實驗教學。利用音箱制作小舞臺，引起學生的興趣;用奶粉鐵罐和激光筆制作會跳躍的光斑引發學生的好奇心，從而引入主題。利用生活中的紙、橡皮筋、塑料瓶、梳子等物品發聲，引導學生理解“聲音的產生”。通過自制真空瓶、水中擊石、鐵棒傳音、土電話等，讓學生從低成本實驗中探究與聲音傳播有關的知識。體現了低成本實驗的成本低但智慧不低、技術不低、價值不低的特點，這也符合物理課標要求。

1.演示實驗，導入新課

【實驗演示1】讓泡沫雪人站在由音箱做成的舞臺上，當音樂響起來時，雪人會隨之舞動，音樂停了，雪人也停止舞動。

【實驗演示2】把鐵罐一端去蓋，黏上塑料薄膜，且在薄膜中間粘上小塊平面鏡，讓激光筆射出的光通過平面鏡反射到墻上形成光斑。在鐵罐開口一端說話時，會發現光斑在跳躍，停止說話，光斑也停止跳動。

利用這兩個低成本實驗，引入新課。

設計意圖：利用音箱制作小舞臺，用激光筆、鐵罐等把微小振動放大，營造歡樂的課堂氣氛，激發學生的興趣和探索欲望。

2.實驗探究

（1）聲音的產生

【提出問題1】我們每天都聽到或制造很多聲音，聲音的產生需要什么條件？請同學們猜想，并通過實驗驗證。在進行實驗的過程中思考如下問題：①如何讓物體發聲？②物體不發聲時與發聲時有什么不同？發聲時都有什么共同特征？

【小組合作1】自選身邊的器材或選教師提供的器材（橡皮筋、梳子、裝水的瓶子、紙張等），使它們發聲。小組實驗交流后，請小組代表演示實驗。

A組.手撥橡皮筋，發聲時，橡皮筋在跳動;不發聲時，靜止不動。

B組.手撥梳齒，梳齒振動同時發出聲音;梳齒不動，發聲也停止。

C組.晃動水瓶，水運動發聲，停止晃動，發聲也停止。

D組.抖動紙張，紙張發出聲音，停止抖動，發聲停止。

引導學生初步得出聲音是物體振動產生的。

【提出問題2】物體發聲一定振動嗎？敲桌子（音叉）、播放音樂、吹筆帽，它們發出聲音，卻看不到振動，你有什么方法證明發聲時它們在振動？

【小組合作2】利用身邊的器材或教師提供的器材（乒乓球、紙屑、裝水的盤子等）證明發聲物體在振動，小組交流后，請代表演示給其他組員看。

A組.將紙屑（水盆）放在桌上。敲打桌面，紙屑（水）在動;停止敲桌面，紙屑（水）也停止跳動。

B組.將音叉敲響，觸碰懸掛的乒乓球（盤子里的水），乒乓球被彈開（水濺出來）;或用手摸音叉，感到音叉在振動。

C組.把乒乓球（水盤）放在喇叭上，播放音樂，發現乒乓球（水）在動。

D組.將紙屑放入筆帽里，吹筆帽時，紙屑跳躍。

【歸納總結】聲音靠物體振動產生;振動一旦停止，發聲也停止。正在發聲的物體叫作聲源。

設計意圖：提出問題引導學生思考交流，再組織學生利用生活中常見且易得的物品設計簡單的發聲實驗，讓學生動手操作、探究思考、歸納總結，從而初步培養學生科學探究、創新意識等科學素養。

【交流討論】在日常生活及自然界中，發聲現象隨處可見，請說出以下物體是如何發聲的。說話聲（聲帶振動）;琴聲（琴弦振動）;笛聲（空氣柱振動）;蟬鳴（鼓膜振動）。

設計意圖：鞏固發聲與振動的關系，感受生活中處處都有物理知識。

（2）聲音的傳播

【提出問題】在學校里，我們每天都能聽到大家的歡聲笑語，但在月球上的宇航員即使近在咫尺也聽不到對方的聲音。那么聲音靠什么傳到人耳？是否需要物質？

【實驗演示】如圖3所示，在密封的玻璃瓶中放入一個蜂鳴器，接通電源，明顯聽到“嗡嗡”響聲，用抽氣筒（由注射器和空氣閥門等材料組成）把瓶內的空氣逐漸抽出，感受聲音有何變化？（發現聲音逐漸變小，但還有微弱的響聲）

如果把所有氣體抽走，使瓶內處于真空狀態，還會聽到聲音嗎？（聽不到任何聲音）

再把瓶蓋上的空氣閥門打開，讓空氣進入瓶內，再感受聲音有何變化？（聲音逐漸變大）

【歸納總結】聲音通過空氣傳播到人耳，真空不能傳聲。

設計意圖：利用廢棄玻璃瓶演示真空不能傳聲，引導學生觀察聆聽、感受總結，培養學生觀察表達以及歸納總結的能力，同時對“理想推理法”有初步認識。

【提出問題】氣體可以傳聲，那液體、固體能傳聲嗎？組員可利用身邊的器材或老師提供的器材（鬧鈴、密封塑料袋、石頭、水槽、鐵棒、音叉、土電話等）設計檢測的方案，實驗交流后演示。

【小組合作】小組成員討論并確定實驗方案，利用器材進行實驗驗證，并邊演示實驗邊講解。

A小組.將鬧鈴放入密封的塑料袋中，然后浸沒在水槽里，仍能聽到聲音。

B小組.在水槽里敲打石頭，仍能聽到聲音。

（說明液體能傳聲）

C小組.將鐵棒插在共鳴箱上，敲打音叉，把音叉的末端接觸鐵棒，共鳴箱發出嗡嗡的響聲。

D小組.同學甲把土電話一端的紙杯貼在耳朵上，同學乙拉直繩子，在另一端紙杯內說話，同學甲能聽到同學乙的聲音。

（說明固體能傳聲）

【歸納總結】氣體、液體、固體都能傳聲，把能傳聲的物質統稱為介質。

設計意圖：引導學生利用身邊物品設計實驗，進行實驗探究，培養學生動手、動腦學物理的技能。從生活實驗中得出物理理論知識，這樣學生更容易接受。

【交流討論】能否再列舉一些生活例子證明氣體、液體、固體能傳聲？

學生聯系生活思考、回答。自然界的風聲、雨聲，課堂上的讀書聲（氣體傳聲）;白鯨在水里聽著訓練員的哨聲進行表演（液體傳聲）;嚼餅干時，感覺聲音特別大（固體傳聲）。

設計意圖：用所學的物理知識解釋生活中與聲音有關的現象，促使學生形成物理觀念。

（3）聲速

【實驗演示】聲音看不見摸不著，利用易拉罐把聲音在介質中的傳播形式展現出來。把易拉罐一邊去掉蓋子，用橡皮膜包著，在罐身鉆一排小孔，再充液化氣進去，點燃后會發現，火焰隨著手機鈴聲而有規律跳動著，如圖4所示。

【歸納總結】聲音在介質中以波的形式向遠方傳播，我們稱它為聲波。

設計意圖：聲波看不見摸不著，通過易拉罐制作跳動的火焰，把抽象的物理知識形象化，便于學生理解聲音在介質中的傳播形式，激發學生的興趣和探索精神。

【提出問題】古代打仗，為什么士兵將耳朵貼在地上就能知道遠方是否有敵軍來襲？

【課后活動】讓一名學生站在走廊一端，敲擊一下鐵欄桿（欄桿大概長81 m），讓另一名學生站在走廊另一端，耳朵貼在欄桿上，感受聲音在空氣中和鐵欄桿中傳播的快慢。學生聽到兩次聲音，第一次響度很大，是由欄桿傳來的，第二次響度很弱，是通過空氣傳來的。

【歸納總結】在不同介質中，聲音傳播速度不同，把聲音在單位時間內經過的距離叫作聲速。

設計意圖：強化學生對聲速的理解，同時消除物理課外實驗的神秘感，激發學生參與活動的積極性。

【自主學習】閱讀聲速表，歸納影響聲速的因素。

①聲速與介質種類有關：[v固>v液>v氣]。

②聲速與介質、溫度有關：當溫度為15 ℃時，[v氣=340 m/s]。

設計意圖：培養學生閱讀和獲取信息的能力。

聲現象在生活中無處不在，直接利用身邊物品開發各種與聲現象有關的低成本物理實驗，并把它們用于實驗探究和教學。培養學生設計實驗、動手操作實驗、觀察分析實驗現象、歸納總結規律的能力。拉近了物理與生活的距離，讓學生感到生活中隨處都有物理，大大提高了學生學習物理的興趣。同時也符合新課程標準的 “從生活走向物理，從物理走向社會”的要求。

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[1]? 蔣顯翠.初中低成本物理實驗教學研究[D].昆明：云南師范大學，2009.

[2]? 人民教育出版社，物理課程教材研究開發中心.義務教育教科書物理（八年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：27-30.

[3]? 陳懷華，陳宗榮.低成本物理實驗的特點及其教學功能[J].物理教學探討，2014（1）：64-66，80.

（責任編輯 易志毅）