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一个值得思考的学生实验

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一个值得思考的学生实验
──频率跟振动体的体积关系
人教版八年级上册在研究音调跟频率的关系时这样描述：如图所示，将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌边。拨动钢尺，听它振动发出的声音，同时注意钢尺振动的快慢。改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动。注意使钢尺振动的幅度大致相同。比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调。
北师大版八年级上册教材在研究音调与频率的关系时这样描述：将一根较窄的长度约30厘米的钢锯条紧压在桌面的边沿，使它绝大部分都伸出来。拨动它的端部，可以看出锯条在振动。然后回缩一些，约伸出全长的3/4～2/3，再拨动它，可以看出振动变快。由此可以得知，锯条越短振动越快。再缩短锯条伸出的长度，使它大约有全长的
1/3，拨动后不但能够看到锯条在快速振动，还能听到锯条振动发出的声音。继续将锯条缩短几次，注意听振动时发出的声音高低有什么不同。
本实验因取材容易，现象明显，效果好。从而普遍被各个版本的教材采用以研究音调跟频率的关系。
教学中，我们要求每个学生就用自己的塑料直尺做了这个实验，效果不亚于钢尺和锯条。在学生实验过程中，我们注意到一个细节：直尺在振动时，振动部分的体积越大，频率就越小，音调就越低；反之，振动部分的体积越小，频率就越大，音调就越高。
那么，振动体的体积与频率是否存在着某种内在的关系呢？
上面的学生实验告诉我们：振动部分的体积越大，频率就越小；振动部分的体积越小，频率就越大。
纵观古今中外的几百种传统乐器，按它们振动发声的原理不同，大体可以分为三大类：打击乐器，弦乐器，管乐器。
在打击乐器中，编钟是我国古代的一种中大型打击乐器，用青铜铸成，它由大小不同的扁圆钟按照音调高低的次序排列起来，悬挂在一个巨大的钟架上，用丁字形的木锤和长形的棒分别敲打铜钟，能发出不
同音调的乐音，因为每个钟的体积不同，按照音谱敲打，可以演奏出美妙的乐曲。
在敲打编钟时我们会发现：钟的体积越小，振动频率越大，音调越高；钟的体积越大，振动频率越小，音调越低。
与此类似的一个学生易做的水杯琴实验：把八个相同的玻璃杯排成一排，给每杯里倒水，水是一个比一个少，然后，

用筷子敲击这八个水杯杯口，能听到不同音调的声音，调节各个水杯的水量，可使他们依次发出doremifasollasido的声音，这样就制成了一套水杯琴。
原来，加水之后的杯子，杯子和水成为一个整体，由于振动体的体积越来越小（非杯中空气的体积），因而频率越来越大，音调越来越高，于是发出了上面的声音。
在管乐器中，柱状形空气（习惯称空气柱）振动特点是：管子越长、直径越大，即空气的体积越大，振动时频率就小，音调就低。反之亦然。因此，改变管的长度和宽度即改变振动体的体积就可以改变空
气柱振动的频率，从而改变音调。吹奏笛子时用手指按住或放开它上面不同的孔，就改变了空气柱的长度即改变了管内空气的体积，从而改变了空气振动的频率，就能发出不同音调的声音。
给热水瓶里装开水时，随着水位升高瓶内空气的体积越来越小，因而空气振动的频率越来越大，音调越来越高，就知道水快要装满了。

在弦乐器中，我们发现粗弦振动时频率小，音调低沉，细弦振动时频率大音调高。在演奏二胡的过程中，运用手指上下滑动按弦来改变弦长，即改变弦振动的体积，从而达到改变音调的目的。当手指向下滑动，弦振动的体积变小，频率变大，音调变高。
儿童的音调为什么比成人高，女同志的音调为什么比男同志的高？就是因为儿童、女同志的发音器官—声带，短而细体积小的缘故。处在青春期发育阶段的学生，都要经历一个变声阶段，特别是男生会发现声音变“粗大”了，就是因声带体积变大，发音时频率小，音调低沉的缘故。
在地震、台风、海啸、火山爆发时，因振动体的体积较大，振动频率小（通常在0～20Hz之间），因而产生了次声波。
综上所述，振动部分的体积越大，频率就越小；反之亦然。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/9b1c419258fafab069dc02fb.html