2020-2021学年第2节 声音的特性导学案

课题

声音的特性

课型

新授课

教

学

目

标

知识与技能

1.知道声音的音调跟发声体的振动频率有关.

2.了解超声波和次声波.

3.知道声音的响度跟发声体的振幅有关.

4.知道不同发声体发出声音的音色不同.

过程与方法

1.通过做“音调与频率有关的实验”和“响度与振幅有关的实验”，进一步了解物理学研究问题的方法.2.培养学生科学探究的能力.

情感、态度与价值观

1.体会现实世界物体的发声是丰富多彩的，培养学生更加热爱世界、热爱科学的品质.

2.培养学生联系生活、生产和科学技术的意识.

教学重点

音调、响度、音色的概念及其相关因素.

教具准备

钢尺（若干）、示波器、音叉、吉他、口琴、乒乓球（系有细绳）、铁支架、笛子、小提琴、录音磁带、录音机

教学难点

探究决定音调和响度的因素;超声波和次声波的概念；通过示波器的波形图比较声音的音调、响度、音色.

教学课时

1课时

课前预习

1.声音的 高低 称为音调.音调与物体振动的频率有关，物体振动得越快，发出的音调就越 高 ；物体振动得越慢，发出的音调就越 低 .

 2.频率是指 每秒内振动 的次数，它是用来描述物体 振动的快慢 ，频率单位为 Hz .大多数人能够听到声音的频率范围是从 20Hz 到 20000Hz ，把高于20000Hz的声叫超声波，把低于20Hz的声叫次声波.

3.声音的 强弱 叫响度.物体的 振幅 越大，产生声音的响度越大.人听到声音是否响亮，除跟 发声体发声时的响度 有关外，还跟 人距离发声体的远近 有关系.

4. 音色 是指声音的特色、品质.不同发声体的音色是不同的，音色取决于发声体本身的 材料 、 结构 等因素.我们能区分不同的人或物体发出的声音，就是因为它们的 音色 有差别.

巩固复习

教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可有针对性地挑选部分难题讲解）.

新课导入

师：振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声？为什么用力鼓掌比轻轻拍掌发出的声音大？为什么我们接电话时，能通过对方的声音，知道对方是谁？……要知道这些问题的答案，就需要研究声音的特性，声音的特性包括音调、响度、音色，这节课我们就一起来探究音调及其影响因素.

进

行

新

课

  音调和频率

1.探究音调和频率的关系

教师给学生分发几把钢尺，引导学生把钢尺紧压在桌面上，一端伸出桌边，然后拨动钢尺，使钢尺振动发声.

师：下面请大家观察老师演示的实验，比较两种情况下钢尺发声时的振动情况和发声特点.

演示1：教师使钢尺伸出桌面的长度短一些，并拨动钢尺.（钢尺振动较快）

演示2：教师使钢尺伸出桌面的长度长一些，再次拨动.（注意要使钢尺两次振动的幅度大致相同，此时钢尺振动较慢）

生：当钢尺伸出桌边的长度较短时，钢尺振动较快，发出的声音尖而细；当钢尺伸出桌边的长度较长时，钢尺振动较慢，发出的声音低而粗.

师：同学们刚刚说的声音尖而细和低而粗就是指声音的音调.那么，音调的高低与什么因素有关呢？

生：音调的高低与物体振动的快慢有关，刚才的实验中，钢尺振动得快，音调就高，振动得慢，音调就低.

教师鼓励学生的回答，并进行总结和板书.

板书：声音的高低叫做音调，音调的高低与物体振动快慢有关.

在物理学中用每秒内振动的次数——“频率”来描述振动的快慢.下面我们一起来学习频率.

板书：

1.物体在1s内振动的次数叫做频率，频率的单位为赫兹，符号为Hz.

2.音调的高低取决于发声体振动的频率，频率越大，音调越高；频率越小，音调越低.

【例1】（多媒体展示）（2015·安徽）许多男生在变声期后，说话时声带振动的频率比以前低，因而声音的        会降低.

解析:频率决定声音的音调，频率高则音调高，频率低则音调低.

答案：音调

2.观察声波的波形图

教师向学生简单介绍示波器的作用，并向学生演示示波器的用法.

生：示波器为什么可以显示声波的波形呢？

示波器的构造复杂，工作原理要在高中物理的电场部分才学习，目前同学们的知识还不足以理解它.另外，我们也没有必要弄懂它，只要我们会正确使用就行了.下面让我们一起来完成两个实验.

实验1：通过示波器观察两个频率不同的音叉发出声音的波形，比较不同频率的声音的波形有什么差别.

实验2：通过示波器观察不同的男女学生发出声音的波形，比较男女学生声音的波形有什么不同.

教师引导学生积极发言，并总结实验结论：

结论1：两个频率不同的音叉发出声音的波形相似，但频率高的音叉的波形要密一些.

结论2：男、女学生声音的波形不同，女同学的音调比男同学高，波形就密一些.

板书：观察波形图时，波形越密，说明音调越高；波形越稀，说明音调越低.

进

行

新

课

超声波和次声波

请同学们阅读教材P33~P34内容，回答下面的思考题：（多媒体展示）

思考题：

（1）大多数人能够听到的频率范围是多少？

（2）什么叫超声波？什么叫次声波？

（3）生活中你对超声波、次声波了解多少？能说出它们的一些用处吗？

学生阅读教材内容，并讨论上述问题.

教师对学生的回答进行总结，并板书：

板书：

1.人耳对声音的听觉有一定的频率范围，约为20Hz~20000Hz．

2.超声波：人们把高于20000Hz的声叫超声波.

3.次声波:人们把低于20Hz的声叫次声波.

师： 有趣的是很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官.例如蝙蝠在飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物.海豚也有完善的“声呐”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置.

生：老师，现代的无线电定位器——雷达，就是仿照蝙蝠的超声波定位系统制造的吗？

师：的确是这样，这门新学科叫仿生学.另外，有些动物对高频声波反应灵敏（如猫、狗、海豚），而有些动物对低频声波有很好的反应（如大象可以用人类听不到的“声音”进行交流，实际上大象的语言对人类来说就是一种次声波）.请同学们课后通过查阅资料、访问网站等多种途径，了解超声波和次声波的应用，并在课后进行交流.

【例2】在四川雅安大地震救援中，采用了音频生命探测仪（如图），它的多个探头接触废墟，收集到废墟下幸存者的微弱呼救声、呼吸声、心跳声等，探测仪将音频信号放大，救援人员就可以发现幸存者.下列说法错误的是（    ）

A.探测仪收集声音信号时利用了固体可以传声

B.幸存者发出的声音与外界声音的音调、音色不同

C.幸存者能听见探测仪发出的超声波

D.白天噪声较大，探测仪更适合在安静的夜晚使用

解析：超声波是频率高于20000Hz的声音，人耳对声音的听觉有一定的频率范围，振动频率低于20Hz的声音人耳听不见，频率高于20000Hz的声音人耳也听不见.所以若音频探测仪发出的是超声波，则人耳是无法听见的.

答案：C

进

行

新

课

  响度

1.认识响度

师：声音有音调的不同，也有强弱的不同.物理学中把声音的强弱叫做响度.响度也就是我们平常所说的声音的大小.

板书：

物理学中,声音的强弱叫做响度.

请同学们思考怎样才能使物体振动发出的声音更响.

学生大胆地猜想：应该使物体振动的幅度大一些.

同学们能设计一些切实可行的实验来证实你们的猜想吗？

生1：轻敲鼓面，鼓皮振动的幅度小，声音弱，响度小；重敲鼓面，鼓皮振动的幅度大，声音强，响度大.

生2：轻轻拨动小提琴的琴弦时，琴弦振动的幅度小，琴声弱，响度小；用力拨动小提琴的琴弦时，琴弦振动的幅度大，琴声强，响度大.

2.实验探究响度跟振幅的关系

师：同学们刚才的猜想和论证都具有一定的科学性，值得表扬.下面让我们利用准备的仪器进行探究活动，证实同学们上面的猜想.

教师引导学生阅读材料P34“演示”，然后用多媒体展示课件“实验探究响度跟什么因素有关”，引导学生边思考边做实验.

实验探究响度跟什么因素有关（多媒体课件）

实验步骤：

（1）用细线把乒乓球吊起来，使乒乓球静止在竖直位置，恰好跟音叉的一个叉股接触.轻敲音叉，观察乒乓球被弹开的幅度.（如图）

（2）重敲音叉，使音叉发出响度更大的声音，观察乒乓球被弹开的幅度.

（3）比较音叉发出不同响度的声音时，乒乓球被弹开的幅度有什么不同.

实验分析：

通过上面的探究活动，可以得出什么结论？

学生分组进行实验.（教师可适时指导、点评）

教师引导学生积极发言，并总结实验结论：

结论1：音叉发出声音的响度小时，乒乓球被弹开的幅度小，音叉振动的幅度小；音叉发出声音的响度大时，乒乓球被弹开的幅度大，音叉振动的幅度大.

结论2：通过上面的探究活动可知，响度跟发声体振动的幅度有关，物体振动的幅度越大，产生声音的响度越大.

板书：

声音的响度一般与声源振动的幅度有关，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小.

课堂延伸：

进

行

新

课

 生：振幅是决定响度的唯一因素吗？

实际中，响度还跟听者与发声体的距离有关.距发声体越远，听到的声音越小，响度越小.(教师可以向学生简单介绍原因：因为声音在传播过程中，越到远处越分散.）

板书：

响度还跟听者与发声体的距离有关，距发声体越远，响度越小.

【例3】（多媒体展示）（多选）下列几项措施中，不能使声音的响度变大的是（    ）

A.使声源振动的频率变大

B.使声源振动的振幅变大

C.使声源离人耳更近些

D.使声源振动的振幅变小

解析：声音的响度与声源的振幅有关，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小.声音的响度与声源距离人耳的远近有关，声源离人耳越近时，响度越大；声源离人耳越远时，响度越小.

答案：AD

3.探究音调与响度是否有关

教师用口琴先用力吹“1”，再轻轻吹“5”.引导学生比较它们音调的高低，响度的大小.

生1：“1”的响度大.

生2：“5”的响度小.

生3：“1”的音调低.

生4：“5”的音调高.

教师总结：

通过上面的实验，我们可以发现：音调和响度是声音的两个不同的特性.

响度大的声音，音调不一定高；

音调高的声音，响度也不一定大.

在同一首歌曲中，音调低的“1”可以唱得比音调高的“5”更响.

板书：

音调和响度是声音的两个不同特性.响度大不一定音调高；音调高不一定响度大.

  音色

1.音色

教师让后排的两位同学朗读教材P35“音色”中的内容，前排的同学不看后排，仔细辨别刚才是哪两位同学在朗读.（前面同学很快分辨出是谁的声音）

教师提出问题：我们是怎样分辨出不同声音的？仅仅根据音调和响度行吗？

学生交流讨论后回答：他们说话音质不同.我们能听出他们的声音不是依靠音调和响度的.

同学们回答得很好，这里的音质其实就是物理学中的音色.不同发声体的材料、形状、结构不同，发出声音的音色也就不同.

进

行

新

课

  【例2】（多媒体展示）“闻其声知其人”意思是说只要听到熟人讲话的声音，即使没有看到讲话的人也知道谁在讲话，这是根据声音的的特性来判断的. 

A．音调不同

B．响度不同

C．音色不同

D．频率不同

解析：我们可以合唱同一首歌曲，说明不同的人可以发出同一音调.当然，不同的人发声时，也都有正常的响度，可见音调和响度不是特色，也就是说，我们不能根据音调和响度来判断是谁在讲话，但是不同的人讲话时的音色是不同的，这就是特色，我们可以根据音色来辨别发声者是谁．

答案： C

2.波形图中的音调、响度、音色

教师引导学生阅读教材P35“演示”，观察图2.2-4中的3个波形图（如图甲、乙、丙所示），比较它们的波形有何异同.教师也可以将话筒接在示波器的输入端，用不同的乐器（音叉、钢琴、长笛）对着话筒发出相同音调的声音，然后引导学生比较各波形有何异同.

学生交流讨论后积极发言.（教师适时点评）

教师总结：从甲、乙、丙三图可知音调相同的不同乐器发出的波形总体上的疏密程度是相同的，因此频率相同；波的振幅相同，响度相同；但是波的形状不同，即音色不同.

板书：

示波器中的波形图可以反映出声音的三个特性，如波形的疏密，可以反映声音的音调；波形的振幅（离开平衡位置的最大距离），反映了声音的响度；波形的形状，可以反映声音的音色.

教师用多媒体播放课件“音调、响度、音色三者的比较”，并讲解.

音调、响度、音色三者的比较（多媒体课件）

教

学

板

书

课

堂

小

结

通过今天的学习，我们了解了声音的音调，知道了音调取决于发声体振动的频率,了解了人能听到的发声的频率范围，以及超声波和次声波的知识.我们还学习了声音的另外两个重要的特性——响度和音色，通过实验探究我们知道响度与振幅有关，还跟听者与发声体的距离有关，也知道音色与发声体的材料、形状、结构有关.我们从波形图中进一步体会了音调、响度、音色之间的区别和联系.最后我们学习了乐音和乐器，知道了乐器的种类和发声原理.这节课就学到这.好，谢谢！

教

材 习 题

解

答

【教材P37“动手动脑学物理”】

1.观察一件乐器.它是由什么振动发出声音的，又是怎样改变音调和响度的？

解：如二胡，它是靠琴弦的振动来发出声音的，我们可以通过改变弦的振动快慢来改变音调，同时可以通过改变振动幅度来改变声音的响度.

2.某种昆虫靠翅的振动发声.如果这种昆虫的翅在2s内做了700次振动，频率是多少？人类能听到吗？

这种昆虫翅膀振动的频率是350Hz，由于人的听觉的频率范围是20～20000Hz，故人类能够听到这种声音.

3.生活中经常用“高”“低”来形容声音，如“女高音”“男低音”“引吭高歌”“低声细语”.这4个词语中的“高”、“低”描述的各是声音的哪些特性？

解：“女高音”“男低音”中的“高”“低”是指声音的音调；“引吭高歌”“低声细语”中的“高”“低”是指声音的响度.

4.小小音乐会.

试着制作一件小乐器，在班里举行的小型音乐会上用自己制作的乐器进行演奏，看看谁的乐器有新意，谁演奏得好，说说你的乐器的物理原理.看看以下制作方案能否给你启发.

方案一：8个相同的玻璃瓶中灌入不同高度的水，仔细调节水的高度.敲击它们，就可以发出“1，2，3，4，5，6，7， ”的声音来（如图甲）.

方案二：在筷子上捆一些棉花或碎布，做一个活塞.用水蘸湿棉花后插入两端开口的塑料管或竹管中.用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨声.上下推拉“活塞”，音调就会改变（如图乙）.

    解：取长短不同的铜制空心管，将它们悬挂在木架上，敲击它们，选出其中能够发出“1，2，3，4，5，6，7，1·”的声音的铜管，便可组成一件简单的乐器.只要学生开动脑筋、积极动手，充分利用所学知识，这次音乐会肯定能进一步提高大家学习物理的积极性.

难

题

解

 答

    【例5】某同学在探究音调和响度与什么因素有关时，做了以下实验：

如图所示，用硬纸片在钢锯齿上滑动，滑动速度越大，硬纸片振动得越      ，发出声音的音调越      ，这说明音调是由        决定的．

解析：用硬纸片在钢锯齿上滑动，滑动速度越大，硬纸片振动得越快，振动频率越大，音调越高，说明音调是由频率决定的．

答案：快  高  频率

难

题

解

 答

   【例3】有经验的铁路维修工人只需要用一个铁锤敲打铁轨就可以判断铁轨是否有故障，这是因为工人听到的声音的哪个要素不同(    )

A.音色

B.音调

C.响度

D.三个要素都有

解析：工人用锤子敲打铁轨，利用了声音靠介质传播的原理．如果铁轨不与地面相连或螺丝松动或有裂缝，那么声音的音调和音色会发生变化，但工人对声音的变化更注重音色方面．

    答案：A

教

学

反

思

1.声音的知识可以帮助我们解决日常生活中许多问题，解决这些问题的关键在于这些发声体所发出声音的特性各不相同.但是学生对于声音特性的有关知识（尤其是音调和响度）十分模糊，甚至存在错误观点.而本节课能否完成教学任务就看能否顺利改正学生的错误观点，真正理解并能区分音调和响度.

 2.音色的概念比较抽象，学生不易感知，教学中应尽量让学生体验.可设计游戏使学生切实感悟到不同的物体发出的声音，即便是音调相同、响度也相同，声音还是有区别的，有各自的特色.

3.教学中安排的观察波形的演示实验，除了能让学生比较形象地认识声波，引起他们的学习兴趣外，还可以让学生清楚地看出不同音色的声音本质，增加学生对不同乐器发出声音的音色的感性认识.

4.这节课是本节的重点内容，在设计时要突出以学生为主的方法，适当增加学生的活动，对一些学生不易观察的现象可进行多媒体动画或录像呈现.让学生通过听、看、想、做等活动，来感知声音的特性，对于“音调”、“频率”、“超声波”、“次声波”、“响度”、“音色”等的理解不能死记硬背，要在结合生活实例的基础上，灵活处理.

5.学生在日常生活中观察和思考不够，缺乏对物理现象观察的针对性和敏锐性，这也说明学生物理联系生活的意识比较淡薄，这一状况的改变同样需要平时的日积月累.

教学过程中老师的疑问：

教师点评和总结