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家中的物理实验

发布时间：2020-04-05 15:12:08 来源：文档文库

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家中的物理实验（声学篇）

　　在家庭中，我们能否利用一些物品去完成一些声学的探究实验呢？让我们试一试，体会一下家中物理实验的探究乐趣吧！

　　1．利用厨房中两把铲子进行敲击来探究声音产生的条件：将两把铲子相互敲击，用手感觉铲子发声时产生的振动，可以得出声音是由于物体振动而产生的。

　　2．利用大口的塑料饮料瓶、贺卡中的音乐块、开水来探究声音的传播需要介质：

　　（1）声音可以在空气中传播：将音乐贺卡用塑料纸包好（防止被水弄湿而损坏）后用细线吊在饮料瓶的中央，盖上瓶盖，接通电路，可以听到音乐声；在瓶子中放上少量开水，轻轻振荡后迅速将瓶盖盖起来，可以发现声音减小了，说明声音不能在没有空气的空间中传播。

　　（2）声音可以在水中传播：在上面的实验中，将音乐块接通电路后用塑料袋密封包好放在瓶子的中央并在瓶子中装满水，同样可以听到音乐声，说明声音可以在液体中传播。

　　（3）声音可以在固体中传播：将音乐块放在桌子上接通电路，耳朵贴着桌面可以听到直接从空气中听到的声音不同，说明声音可以在固体中传播。

　　3．感知声音的传播速度比光慢：在夜晚观察远处燃放烟花爆竹，比较看到火光和听到声音的先后来感知声音和光的传播速度的快慢；在雷雨天去比较看到闪电和听到雷声的先后来感知声音和光的传播速度的快慢。

　　4．利用钢锯条探究锯条伸出的长短、发声的音调与振动发出声音的频率的关系：将钢锯条夹在桌子的缝隙中，用手拨动钢锯条，观察钢锯条发出声音的频率和振动快慢的关系，可知钢锯条伸出越长，振动得越慢，声音的音调越低。用这个实验同时可以感知声音是由于物体的振动而产生的。

　　5．利用几只相同的玻璃杯、水和筷子探究杯子中装有的水的多少与音调的关系：在杯子中装上不同深度的水，用筷子敲击，听一听所发出的声音的音调，可以知道水越多，发出的声音音调越低。如果调节好杯子中的水量，按照音乐中的音阶排列，可以用它来演奏简单的乐曲！

　　6．利用面盆和筷子、米粒来探究声音的大小与振幅的关系：将面盆反扣在桌面上，再将米粒放在面盆上，用筷子在面盆上敲击使面盆发出声音，同时观察米粒跳动的幅度的大小，可以发现用力敲击时，发出的声音的响度大同时面盆的振动幅度大。

　　7．敲击锅、碗、瓢、盆等厨房炊具，可以感知它们的音色不同，借助于学校的实验室中的示波器，可以直观地看到它们的波形。

　　9．探究弦的音调和弦的长短、粗细、松紧的关系：取两根粗细不同的尼龙绳，将其绑在桌腿上，在绳子下面垫上两只瓶盖（为了提高实验的效果，可以在一个瓶盖的下面放上一个火柴盒），即可完成实验：

　　（1）在同一根绳子上，保持绳子的松紧不变，调节瓶盖间的距离，可以验证弦振动的音调与弦的长短的关系；

　　（2）在同一根绳子上，保持瓶盖的距离不变，调节绳子的松紧，可以验证弦的振动的音调与弦的松紧的关系；

　　（3）在不同粗细的绳子上，保持瓶盖的距离和绳子的松紧不变，可以验证弦振动的音调与弦的粗细的关系；

　　10．利用米尺、热水瓶和汤匙探究声音的共鸣：在热水瓶中装入适量的水，用两把小汤匙在瓶口相互敲击发出声音，细心调节瓶中水的多少，当听到的声音最响亮时，用米尺量出水面到瓶口的距离可知在什么长度下空气会发生共鸣；如果我们能事先测量出汤匙振动的频率，算出声波的波长，比较共鸣的长度和声波的波长，你会发现它们之间的奇特的关系。

　　11．其它的探究和现象观察：用超声波洗碗机体验超声波具有能量；用敲击的方法来判断碗的好坏，主要根据声音的音色。

巧用小实验，探索声现象

徐州市睢宁县双沟第二中学　宋晓楼

　　生活中用很多物品可以用来制作、演示物理小实验，能取得很好的效果。在“声现象”的学习中，我们就可以借用很多生活物品进行探究，从而揭示“声”的奥秘。

　　一、探索“声音的产生”──声音是由于物体的振动产生的

　　1．1．跳动的小人：如图1，用硬纸片把一个小喇叭糊起来，做成一个“舞台”。将一轻小的玩具小人放在“舞台”上，当音乐响起时，台上小人会在音乐声中翩翩起舞，这个现象说明发声的物体在振动。

图1

　　1．2．跳动的火焰：将点燃的蜡烛靠近收音机（或录音机）的扬声器旁，当音乐响起时，会发现火焰随之“跳动”。

　　1．3．晃动的水面：将一杯水放在桌面上，用力敲击桌面，在听到声音的同时，会发现杯子中的水面晃动。

　　1．4．跳动的纸屑：直接在小喇叭的纸盆中撒入一些小纸屑（如图2），当音乐响起时，纸屑随着音乐一起跳动，或者将小纸屑放在鼓面上（如图3），敲击鼓面，会发现小纸屑随着声音一起跳动（同时该实验还可以探索响度与振幅的关系）。

图2 图3

　　1．5．飞溅的水花：如图4将发声的音叉放入水中，会发现水花四溅。

图4

　　1．6．舞动的直尺：如图5所示，将直尺的一端紧压在桌面上，拨动伸出桌面的一端会听到声音，同时观察到直尺在振动（同时该实验还可以探索响度与振幅的关系）。

图5

　　1．7．律动的橡皮筋：将一橡皮筋两端固定，用力弹击橡皮筋，在听到声音的同时观察到橡皮筋在振动。

　　二、探索“声音的传播”──固体、液体、气体都可以传声

　　2．1．土电话：如图6所示，将一把金属叉子拴在一根约1m长的线的中间把线的两端分别缠绕在双手的食指上，缠绕多圈，插入耳朵。然后让叉子撞到坚硬的物体上，等它垂下把线拉直时，你就可以听到敲钟似的响声。

　　或者如图7所示，用两只空纸杯，一根棉线制成了一个“土电话”。如果在用“土电话”时，线没有拉直而处于松弛状态，则听的一方通过棉线“不能”听到对方的讲话声；如果在用“土电话”时，另一个同学用手捏住线上的某一部分，则听的一方就听不到声音了，是因为“手捏住线时，阻碍了振动在棉线上的传播”；用“土电话”能实现10m间的通话，说明“棉线（固体）能传声”；相距同样远，讲话者以同样的响度讲话，如果改用细金属丝连接土电话，则听到的声音就大些。则说明“细金属丝比棉线更容易传声”。

　　或者将一直尺一端放在耳边，用手在另一端轻轻地刮或敲击，能听到声音。

　　2．2．惊吓的小金鱼：在一金鱼缸的旁边，用力的拍掌，会发现金鱼因惊吓而四处游窜，说明液体可以传声。

　　三、探索“音调”

　　3．1．变声的暖水瓶：向暖水壶内倒开水，刚开始，瓶内传出低沉的轰鸣声，随着水越来越多，声音逐渐变得尖厉。用专业的物理语言来描述这个现象就是：随着瓶内水的增多，声音的音调越来越高。

　　3．2．变调的木梳：如图8所示，用一张硬卡片先后快拨和慢拨木梳的齿，听到卡片声音发生变化．这个实验用来探究音调是否与声源振动频率有关

　　3．3．吸管乐器：将喝饮料的吸管剪成不同的长度，并用胶带将吸管底部密封，然后排在一起，如图9所示。对着管口吹气，由于空气柱的振动就会产生声音。管的长短不同，发出声音的音调就不同，这样就做成了一个小吸管乐器。

　　3．4．多变的哨子：如图10所示，在筷子上缠一些棉花，做成一个活塞，用水蘸湿棉花后插入两端开口的塑料管中，用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨声，哨声是由于空气柱振动而发出的声音，吹哨时，上下推拉活塞还可以改变哨声的音调，从而吹出美妙的声音。

　　3．5．音乐编钟：在多个相同的玻璃杯中倒入不同量的水，用木棍敲击会发出不同的声音，从而制作成一个小编钟。

　　3．6．魔变的吸管：如图11，用力吹一根吸管，并用剪刀将它不断地剪短，会发现声音越来越高。

　　四、探索“声音能够传递能量”

　　4．1．如图12，将一饮料瓶的底部切去然后蒙上橡皮膜，将瓶口对准点燃蜡烛的火焰，用力敲击瓶底的橡皮膜，发现火焰摆动，说明声音能传递能量。

　　4．2．如图13所示，用悬挂着的乒乓球接触正在发声的音叉，乒乓球会多次被弹开。这个实验既可以探究声音产生的原因，又能说明声音能够传递能量。

　　4．3．如图14所示，当喇叭发声时，肥皂膜将振动既可以模拟人耳是怎样听到声音的，又能说明声音能够传递能量。

用热水瓶做两个声实验

　　虽说现在很多家庭有了饮水机，但热水瓶的使用还是很普遍的，现在我们用热水瓶做两个与声有关的有趣的实验。

　　把耳朵贴在空热水瓶的瓶口上，你就会听到嗡嗡的声音。以前许多老人到市场去买热水瓶的时候，常常这样做，据说这样可以鉴别热水瓶保温性能的好坏（这当然是不正确的）。实际上，这是一种共鸣现象。

　　在我们的周围总是有各种各样的声音，由于这些声音比较微弱，我们常常察觉不到。如果某些声音和热水瓶发生共鸣，声音就被放大了。这种声音和热水瓶的质量是没有什么关系的。把茶杯、饭碗、玻璃杯等器皿的口贴在耳朵上都会听到声音，但是声音的高低不同。你可以用两只耳朵对不同的器皿进行仔细的比较，就会发现器皿小，发出的声音音调就略高一点。这里面有一个规律，就是器皿里的空气柱越长，发出的音调越低。换句话说，音调低的声音和长空气柱发生共鸣，不同的音调对应着不同长度的空气柱。

　　古代我国曾经用空气柱的长度来校准各地方的尺子，以防止贪官污吏大尺收税小尺上缴。中央政府做一个9寸长，一定粗细的管子，叫黄钟律管，作为尺长的标准。各地如法翻造。检查地方官吏是否伪造尺子的时候，只要将标准律管吹响，看看另一个律管是否共鸣就可以。这种检查十分严格，因为律管差一点就不会产生共鸣。

　　另一个实验是你天天都做过的，就是向热水瓶中灌开水。一般说来，任何人都能凭灌水所发出的声音来判断水是不是灌满了。

　　想一想，为什么灌的时候，声音的高低发生变化呢？灌热水瓶的时候，水搅动了瓶内的空气，使空气振动发出声音，和吹瓶子一样，空气柱越长发出的声音越低。随着水面的升高，瓶内空气柱不断地减少，音调也就跟着升高，当你听到声调升高到一定程度的时候，就知道热水瓶已经灌满了。

　　实际上，灌开水的时候，不仅声音的音调发生了改变，声音的响度也变了，刚开始时响度大，快满时，响度小。有人说，这是因为刚开始时从瓶口倒下的开水离水面较高，使水的振幅大，激起瓶内空气的振幅大，所以响度大。这只是其中一个方面，但不是最主要的。主要原因是，刚开始时，瓶内的水少，瓶内的空气就多，这些空气起共鸣的作用，也就是声音被放大了。随着瓶内的水越来越多，瓶内的空气就越来越少，声音被放大的程度越来越小了。吉他、二胡等乐器都有一个用木材做成的箱子，叫共鸣箱，它们共鸣箱的大小是不一样的。

真空不能传声的实验改进

　　新目标人教版物理八年级上册声现象第一章节里的演示实验：真空罩里的小闹钟实验。该实验的材料主要有：抽气盘、电动或手动抽气机、小闹钟（手机、小电铃）。这一实验是让学生理解空气也可以传声它也是一种介质。这一实验存在一些不足的地方：抽气泵不仅噪音大而且笨重，操作起来不方便；抽气盘的密封效果不稳定，实验常常不理想；实验对比不明显，不能快速连续演示实验。以下是我多次改进后的实验：

　　一、实验装置图：如图1所示。

　　二、实验主要材料：罐头瓶（带盖）、声光音乐卡、白线、空碳素笔芯、两用抽气机。

　　三、特点：

　　1．具有探究性和创新性。用两用抽机代替了笨重的电动或手动抽气泵，变得轻便、噪音小，用声音和光的动态地演示空气变化时声音的变化想象。启发学生用实验是才是检验真理的唯一标准，让学生亲身经历科学方法，同时让学生产生对声音传递是需要介质的。

　　2．简易和实用。这一教具具有结构简单，操作方便，造价低廉，适合学生在家中进行探究性的制作用。实验效果明显，易于重复操作。

　　四、制作方法：

　　1．把罐头瓶的盖只取下，打两个0．3毫米的孔，其中一个插入空碳素笔芯，另外一个固定一螺丝，然后用胶水密封。

　　2．将生日蛋糕的音乐卡或贺卡的音乐卡上焊接一个发光二级管，这就成为声光音乐卡。然后用白线系主悬挂在瓶盖上的螺丝上，使声光音乐卡不要碰到罐头瓶为好。

　　五、使用方法：

　　1．接通电源，可以听到悦耳的声音和亮光，然后放入罐头瓶里，检查瓶盖的气密性的好坏。这时可以听到悦耳的声音和二极管闪闪发光。

　　2．把两用抽气机的口和瓶盖上的碳素笔芯外口相接，然后向外抽气。这时，可以看到灯光的亮度不发生变化，音乐卡的声音慢慢变小；反之，让空气进入瓶中，灯光的亮度还是没有发生变化，而音乐卡的声音慢慢变大。

敲瓶发声和吹瓶发声

　　敲瓶发声和吹瓶发声音调的变化是声学部分常见题目，也是易错题型，在教师中还没有形成共识。敲瓶发声一直有两种不同的答案。一种赞同敲瓶后发声体是瓶内空气，盛水越多，空气柱越短，音调越高，与吹瓶发声相似；第二种认为发声体是瓶身。我赞同后者，敲击时，瓶身、水和瓶内空气都在振动，发声的应主要是瓶身的振动。这样确定了发声体，则可知盛水越多瓶身越不宜振动，音调越低。单凭说教学生很难理解和接受，只有通过亲历的探究来实现。

　　探究目的：确定发声体，探究发声的规律

　　解决这一问题的关键是确定发声体

　　需要准备的器材（如图所示）七只盛有不同量水的瓶子。

　　一、敲瓶发声

　　1．演示设疑：敲击瓶子发声，提问是什么在发声？

　　2．猜想：（对这类简单问题学生会积极回应）水、瓶、瓶中空气或三者共同发声。

　　3．进入下一环节设计实验

　　启发：是水、是瓶子还是瓶中空气？能不能将其中的因素分离出来？（很有挑战性，学生也能够达到，所以学生会积极响应）

　　（1）敲击空瓶将水分离出来。

　　（2）盛满水将空气分离出来。

　　4．进行试验

　　敲击空瓶能听到声音。

　　敲击盛满水的瓶子也能听到声音。

　　很自然得出结论：即没有水和空气都能发声，确定主要发声体是瓶子本身。

　　5．敲击这七只瓶子寻找音调变化的规律：盛水越多瓶身越不宜振动，音调越低。如图所示敲出的声音音调从左到右应是由高到低。（学生很有成就感）

　　二、吹瓶发声

　　探究指导：实验顺序先确定发声体再寻找音调变化的规律。

　　1．确定发声体

　　引导学生怎样创造性的完成实验。

　　猜想：发声体可能是空气。

　　设计实验：能不能控制这一因素，瓶子盛满水将空气排净，将空气这一主要因素分离出来，问题解决。

　　学生在学习管乐发声的基础上会容易完成探究。

　　探究结论：吹瓶发声，很显然是引起瓶内空气柱的振动，盛水越多，空气柱越短，则音调越高。如图所示吹出的声音音调从左到右是由低到高。下载：

会聚声音

　　传说有一个听觉不好的国王总听不清大臣的上奏，后来有位工匠献了一张图，说只要照着这张图来盖一座新王宫，国王坐在宝座上就能听清站在远处的大臣的说话声。国王按照他的图纸修建了新王宫，果然听清了大臣的上奏。

　　那个耳聋国王的王宫，就是根据凹面镜对声波的反射原理设计建造的。国王的宝座放在一个焦点上，大臣上奏的地方在另一个焦点上，经过凹面墙壁的反射，把大臣的声音会聚到了国王的宝座上，所以他就能听清楚了。下面我们通过一个设计实验，看看是否能把声音会聚起来：

　　器材：两把同样的雨伞、电子小铃钟（或一块手表、其它可自动发声的对象）一个、粗铁丝若干长度、木条若干枝。

　　步骤：

　　1．先将一把伞撑开放在空地上，用铁丝把它支起来（如图）。

　　2．你把耳朵伸进去听一听声音，你会发现，各处的声响略有不同。

　　3．沿着伞柄会找到声音最响的一个位置，在这个位置挂上电子小铃钟，它不停地发出嘀嗒声。

　　4．将另一把伞架在这把伞的对面，虽然相距几米，你却能在伞里听到对面伞里传来的电子小铃钟的嘀嗒声。

　　这种可以聚集声音的建筑确实存在的，英国伦敦的圣保罗大教堂，有个奇妙的圆屋顶，在那里轻轻说话，远处的人也能听清。

　　“聚音伞”就是一个能够反射声波的凹面镜。根据波的反射定律，凹面镜对声波的反射和对光波的反射是一样的。伞式太阳灶能把太阳光会聚到焦点，“聚音伞”也能把远处来的声波会聚到焦点。你听到声音最响的那一点，就是聚音凹面镜的焦点。手电筒里的反光镜是个凹面镜，光源放在它的焦点，它就能反射出一道光柱。把声源放在凹面镜的焦点上，反射出的声波也和那道光柱相似，方向性强，能量集中。挂电子小铃钟的伞把轻微的嘀嗒声反射出去，被听音的伞收集，会聚到了焦点，你把耳朵伸到那里自然会听到声音了。

　　思考：生活中有哪些现象涉及到了声音的会聚？

　　答案：我们的耳朵就有会聚声音的作用，当声音微弱时我们常用手掌帮助耳朵会聚声音，那手掌就相当于凹面镜。各种高音喇叭的喇叭筒，都有会聚声音的作用。喇叭筒就象探照灯里的反光镜，喇叭膜就象探照灯里的光源，经过喇叭筒的反射，扩音器里的声音可以传得很远，没有喇叭筒的喇叭，声音就弱得多了。

声音可否看的见？

　　提出问题

　　敲桌子时，我们能听到声音，但肉眼却看不见桌子在振动。桌子是否在振动呢？有什么方法证明桌子在发声的同时也在振动呢？

　　实验设计：

　　如图所示，在桌子上固定一小块平面镜，让玩具激光发出的激光照射在平面镜上，经平面镜反射后，在墙上出现一个小光斑。

　　（1）轻轻地敲击桌面，观察墙面上小光斑的位置有什么变化？

　　（2）用力敲击桌面，观察小光斑位置的变化。

　　收集证据：

　　桌面发声时，你发现墙壁上小光斑，这说明。

　　交流合作：

　　你认为还有哪些方法可以说明物体发声时在振动？说说你的办法，试着做一做。

　　实验分析：

　　我们都知道发声的物体在振动，如何来证明这一现象呢？有的同学感觉到有些困难，其实你想一想，方法有很多。如：将正在发声的音叉放入水中，会看到水波的出现，或将纸屑放在正在发声的鼓面上，纸屑会跳动等等。此实验以新的视角来引导我们去观察发声的物体在振动。这个实验，我们需要观察的现象是什么？光斑的位置。假若你用手电筒固定不动直接照射到墙壁上，墙上的光斑不会移动。如果你握住手电筒的手在晃动，光斑也会晃动。反过来思考，光斑的晃动也就说明手电筒在晃动。这个实验就利用很直观的光斑位置是否变化，判断桌子是否振动。做好这个实验，选择光源很重要。用激光作为光源，不易分散，亮度较高，易于观察。同时，光源可移动，操作更为灵活。

　　答案：（1）小光斑的位置几乎不动；（2）小光斑的位置会上下移动；位置会上下移动。声音是由于物体的振动产生的。把矿泉水空瓶握在手中，对着空矿泉水瓶说话，会感到矿泉水瓶在振动

　　练习：

　　例1 图1中的喇叭在“唱歌”，看到纸盆上的纸屑上下跳动。这个现象说明嗽叭发声时，纸盆在不停地_________。