对初二声音的特征一节中实验的研究

　　苏科版八年级教材《声音的特征》一节中，探究决定声音音调高低的因素，其中用到了用硬卡片拨动木梳来探究声音的音调与振动频率的关系实验，能很直观地体会到两者的关系，但本着科学的态度，我产生了一些疑问：
　　1.听到的声音是卡片发出的声音，还是梳子的声音，还是两者的共同声？
　　2.快慢拨动的频率是不是能代表我们听到的声音的频率？
　　3.最终的声音频率与卡片自身的固有频率之间有什么关系？这个实验是否可以改进？
　　针对该疑问，笔者查阅了相关的资料。首先，卡片的振动是类似于受迫振动的一种，而发出的声音的振动与卡片的固有振动十分有关，相关类似的资料记载极少，未能查到。而梳子的齿发出的声音是一个个单音，依次发出的，可以想象，当驱动力的频率远低于齿的固有频率时，我们将听到单个的音频，这就是齿的固有频率的声音，拨动的快慢不会影响听觉的音调，当驱动频率超过固有频率，对听觉将产生较大影响，最终体现了驱动频率和固有频率的和声，我们也将听到最后卡片声音频率的变化，对此我也做了相关实验，在慢和较慢时，声音的频率变化，耳朵无法分辨，为了更确切地证明猜想的正确性，我用计算机分析它们发出的声波图。
　　实验中如果用卡片拨动木梳，我们听到的声音就较复杂，有卡片的固有声，木梳的固有声，还有相互拨动产生的受迫振动的高频声。对于这样一种复音，研究比较繁琐，为此，我把卡片换成了木片，它的固有频率和木梳齿的固有频率相近，然后用不同的速度拨动木梳，以下是笔者收集的音频图。
　　通过图形不难发现当速度较慢时，听到的声音频率并不变化，体现为一个个跳跃的单音，单音之间有停顿空隙，当速度较快时，音频图的组合就重合起来，在第三次速度之前，声波的总宽度没有超过个个单音宽度的和，听觉上的音调完全相同，到第四次以后，单音就开始叠加了，从而改变了总音的振动频率，而人听到的声音频率也就发生了变化。速度越快，总音的频率也就越高。
　　而课本中的实验描述，容易给学生造成误解，认为拨动木梳的快慢，即齿与卡片的撞击频率就是听到声音的频率。例如在抖动纸张发声时，会把手抖动的频率误当做纸张发声的频率。
　　实验的改进，若只要大概的描述声音的音调与振动快慢的关系，用课本的实验也可，只是取速度较快时的图形，初速就要较快。若想根本解决固有频率对撞击频率的影响，可以采取空气振动发生的原理来实验，用可调电动机带动音哨转动，就能清晰听到声音随转速的改变而音调变高；也可以采用人教版教材中的实验方法：将刻度尺一端按在课桌上，改变伸出桌面刻度尺的长度，用相同的力去拨刻度尺，观察刻度尺振动快慢和听声音音调高低的变化。
　　本文是笔者就教材研究的有感而发，见解只代表个人，希望各位同仁批评指正。
　　 （作者单位 江苏省镇江新区大港中学）