对音调和频率关系实验的改进

李转松

义务教育课程标准实验教科书人教版第一章第三节《声音的特性》一课,在探究音调和频率的关系演示实验中,将一只钢尺紧按在桌面上,一端伸出桌边,拨动钢尺(如图1示),改变钢尺伸出桌边的长度,再拨动钢尺,比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调,钢尺伸出桌边的长度不同,拨动后发声的音调不同.

在学生实验报告册里,学生的实验是用两条长短相同粗细不同的橡皮筋,分别绷在相同的两把直尺上,各用两支铅笔垫起,且垫起的位置保持相同(如图2所示),分别用手轻拨粗细不同的橡皮筋,就发出音调不同的声音.

以上的演示实验和学生实验所取器材都是学生身边之物,是学生经常接触的小物件,易引起学生的操作兴趣,激发学生对实验的积极参与和探究.教学时,教师大都是采用这两种方法来进行.但在实验中发现,无论是拨动钢尺还是橡皮筋,因钢尺的长度和橡皮筋粗细的限制,所发出的声音一般都较小,且选择音调的范围有限,音调的高低差异不很明显.在教学中,笔者对此实验作了改进,所用器材是长约60至70厘米的有皱褶的软塑料管,这种管可用废旧的洗衣机进、出水管或吸尘器的吸管,也可从商店里购得.演示操作十分简单:用手握住塑料管的一端,使管子在空中较快地旋转(如图3所示),就会发出悦耳的声音,旋转的速度不同,发出声音的音调不同,塑料管旋转得越快,由于发声的频率增大,发出的音调越高.演示时稍为改变其旋转速度,就会发现发声的音调不同,且整个教室均可很清晰听到、看到,效果非常明显.这也是学生经常在街头巷尾玩的把戏.

在塑料管旋转时,因为旋转端快速运动使之气压减小,空气从手握的管端流向旋转端,从而发生振动,其振动频率由管子皱褶的间隔及空气的流速决定.演示时,可选用两种管径相同但皱褶不同的塑料管为佳.

除了上述方法外,还可用一根结实的短绳、一条长约20至30厘米,一端有孔的扁木条,也可用一端有孔的钢尺来演示.操作时把短绳穿过扁木条一端的孔,系牢后用手拉住绳子,挥动手臂或整个胳膊,让木条在水平面或竖直面内旋转,就会发出声音,旋转的速度不同,发出声音的音调也不同,旋转速度越快,音调越高,实验效果也很明显.

(责任编辑:易志毅)