课时2.2 音调（新教材）-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理上册同步学与练（沪粤版2024）

第二章 声音与环境 课时2.2 音调 2022年课程标准 物理素养 2.3.2 了解声音的特性。了解现代技术中声学知识的一些应用。知道噪声的危害及控制方法。 物理观念：知道音调跟声源振动频率有关，不同动物发出声波和接收声波的频率范围不同。 科学思维：会用实验的方法探究影响音调的因素；了解 调节弦乐器的音调的方法。 科学探究：通过经历探究影响音调的因素和调节弦乐器的音调，学习并培养从物理现象中归纳简单科学规律的方法。 科学态度与责任：培养学生利用手边的学习工具或生活用品进行简单物理实验的习惯和探究物理问题的能力。 知识点一、声音的高低——音调 1．物理学中，把声音的高低叫做音调。声源每秒振动的次数叫做频率，用f表示。频率的单位是赫兹。 2．声音的高低跟声源振动的频率有关：声源振动的频率越高，音调越高；声源振动的频率越低，音调越低。 规律总结 ①打击乐器：以鼓为例，鼓皮绷得越紧，音调越高；②弦乐器：长而粗的弦发声音调低，短而细的弦发声音调高，绷紧的弦发声音调高，松弛的弦发声音调低；③管乐器：空气柱越长发声音调越低，空气柱越短发声音调越高。 3．如图所示，在同一个轴上固定着三个齿数不同的齿轮。当齿轮旋转时，用纸片分别接触齿轮，使纸片发出声音的音调最高的是下面(选填“上面”“中间”或“下面”)的齿轮。 4．男同学说话声音“低沉”是指男同学声音的音调低，这是因为男同学说话时，声带振动比较的慢。 特别提醒 1．音调的高低是指声音的粗细，不是指声音的响与不响。例如在音乐中，同一音节中1、2、3、4、5、6、7的音调逐渐增高。 2．一般来说，儿童发声的音调比成人的要高，女同学发声的音调比男同学的要高。通常说的女高音、男低音中的“高”“低”指的就是音调。 3．声音在介质中的传播速度与声音的频率无关，在同一介质中，频率不同的声音传播速度相同。 典例01　小红制作了一个水瓶琴，她在7个相同的玻璃瓶中灌入不同高度的水，仔细调节水的高度，如图所示，若从左至右对着瓶口吹气，则发声体是______，音调______（升高/降低）。 【答案】     空气柱     降低 【解析】[1][2]对着瓶口吹气，靠瓶内的空气柱振动发声；从左至右瓶内空气柱越开越短，所以吹气时瓶内空气柱振动越来越慢，所以声音的音调会降低。 知识点二、用波形图比较频率 1．声波可以在示波器上展现出来，先将话筒接在示波器的输入端，再将敲响的甲、乙两个音叉分别对着话筒发出声音，在示波器上出现了如图所示的波形，通过对波形的分析，可知乙音叉的音调高。原因是乙音叉振动得快。 2．如图所示是用示波器显示的不同乐器发出不同声波的波形图，其中频率最大的是(　B　) 特别提醒 示波器：声源振动发出的声音通过声波的形式传播，示波器可以将声波转换成电信号，再在屏幕上显示具有波峰、波谷的图形，我们可以通过此图形比较两个声音的频率。 典例02 下列为录制合成的声音波形图，由图可知，音调相同的有_______。 【答案】甲、乙、丁 【解析】由图可知，甲、乙、丁相同时间内振动的次数相同，振动的频率相同，音调相同。 问题一：音调和频率 【典例1】如图所示，在A、B、C、D四个相同的玻璃瓶中，装入不同高度的水，用筷子敲击，则发出声音的音调最高的是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【大招快解】筷子敲击水瓶时，发声体是瓶子和水，根据“质小音高” ，直接判断出水量最少的瓶子D发出声音的音调最高。 故选D。 “质小音高”法快解思路。 在判断同种发声体发出音调的高低时，可以比较质量。质量越小，越容易振动，音调越高；反之，质量越大，越难振动，音调越低。解题时，先判断发声体，在根据“质小音高”分析解答。 【变式1-1】如图所示，用话筒M接收音叉发出的声音，送到示波器S去显示。保持示波器的工作状态不变，乙图中音叉B的频率高于甲图中的音叉A。音叉B发出的声音听起来______（选填声音的特性）较高，从示波器上看到的波形较密。 【答案】音调 【解析】由图可知，B音叉发出声音的频率要大于A发出声音的频率，声音的频率越大，音调越高，所以B发出的声音的音调高。 【变式1-2】绷紧在纸盒上的两条橡皮筋，粗细不同（如图），用手拨动橡皮筋可发出声音。下列说法正确的是（    ）    A．拨动橡皮筋发出的声音，不是振动产生的 B．手拨动越快，橡皮筋发出的声音传播越快 C．拨动两条橡皮筋，发出声音的响度一定不同 D．拨动不同橡皮筋，可探究音调与振动频率的关系 【答案】D 【解析】A．声音是由物体的振动产生的。拨动橡皮筋发出的声音，也是振动产生的，故A错误； B．手拨动越快，橡皮筋振动得越快，发出的声音音调越高，不是传播越快，声音传播的快慢与介质种类和温度有关，故B错误； C．拨动两条橡皮筋，因为橡皮筋粗细不同，发出声音的音调不同，但响度可能不同，当拨动的力度相同时，响度相同，故C错误； D．拨动不同橡皮筋，因为橡皮筋粗细不同，发出声音的频率不同，音调不同，所以可探究音调与振动频率的关系，故D 正确。 故选D。 问题二：探究影响音调的因素 【典例1】小涵在学习吉他的过程中发现琴弦发出的声音音调高低受各种因素的影响，她决定对此进行研究，经过和同学们讨论，她提出了以下几种猜想。 猜想1：音调的高低可能与琴弦的横截面积有关； 猜想2：音调的高低可能与琴弦的长度有关； 猜想3：音调的高低可能与琴弦的材料有关； 为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所示的4种规格的琴弦，进行实验。 编号 材料 规格 长度（cm） 横截面积（mm2） A 尼龙 55 1 B 尼龙 55 0.5 C 尼龙 80 1 D 镍合金 ① 0.5 （1）为了检验上述猜想1是否正确，应选编号 ______两种规格的琴弦进行实验； （2）选择编号为B、D的琴弦进行探究时，小涵发现粗心的同学漏填了表中的数据。表中①的位置所缺的数据是 ______，这是为了验证猜想 ______，小涵在进行本次探究时还需要观察琴弦振动的 ______； （3）在验证猜想2时，若选择B和C进行研究，并推理得出：琴弦越长，振动越慢，音调就越低的结论是否正确？______，理由是 ______。 【答案】     A、B     55     3     快慢     不正确     没有控制横截面积相同 【解析】（1）[1]为验证猜想1，音调的高低可能与琴弦的横截面积有关，可选择长度和材料都相同，而横截面积不同的琴弦A、B进行研究。 （2）[2][3][4]如果验证猜想3：琴弦发出声音的音调高低可能与琴弦的材料有关，应控制长度和横截面积相同，应选B、D进行探究，所以表格①的位置所缺数据是55。 （2）[5][6]为了验证猜想2，音调的高低可能与琴弦的长度有关，应控制材料和横截面积相同，而B和C的材料相同，长度和横截面积不同，所以不能探究音调的高低可能与琴弦的长度是否有关。 【变式2-1】声音可以被看见吗？十八世纪，德国物理学家恩斯特•克拉德尼做过一个实验，他在一个小提琴上安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，结果这些细沙自动排列成不同的美丽图案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率的不断变化，图案也不断变幻——这就是著名的克拉尼图形（如图甲）。某物理探究小组对这一现象产生了浓厚的兴趣，于是他们查找相关资料并自主制作了一套探究声音形状的“克拉尼实验”演示仪，如图乙所示。他们准备了一个方形金属板，中间用一个金属杆插入使其悬空，同时在金属杆底部连接一个音频振动发声器，发声器振动时会引起金属杆和方形金属板的共振，接着他们开始展开实验探究。 （1）首先他们在金属板上撒上一层细沙，打开发声器，发现细沙变化成了一个美丽的图案（如图乙），这说明声音是由于物体______产生的，细沙的作用是______（从下述选项中选择）； A．延长金属板的振动时间 B．使声波被多次反射形成回声 C．使金属板的振动尽快停下来 D．把发声器的振动放大，便于观察现象 （2）接着他们调节发声器的频率，当发声器的振动频率逐渐增大时，金属板上的克拉尼图形发生了如下图从左到右的一些变化。这说明，克拉尼图形的形状与声音的______有关，且______，克拉尼图形越复杂。 【答案】振动     D     振动频率     振动频率越大 【解析】（1）[1]打开发声器，发现细沙变化，说明发声器在振动，一切正在发声的物体都是由物体振动产生的。 [2]发声器的振动不明显，细沙的作用是放大振动，便于观察，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （2）[3][4]由题可知，发声器的振动频率逐渐增大时，克拉尼图形发生了一些变化，这说明，克拉尼图形的形状与声音的振动频率有关，从图像上看，从左到右的变化的图像越来越复杂，表明振动频率越大，克拉尼图形越复杂。 【变式2-2】甲音叉发声时振动频率为256Hz，乙音叉发声时每分钟振动30720 次，若将甲、乙音叉发出的声音分别输入同一设置的示波器，已知甲音叉发声的波形如图所示，则乙音叉发声的波形可能是（　　）    A．   B．  C．   D．   【答案】C 【解析】乙音叉的频率是 由题意可知，f甲<f乙，即相同时间内乙振动的次数多，且是甲的2倍，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【基础强化】 1．小明和小华读出a、o、c三个拼音字母，利用软件采集到的数据如下表，分析可知（　　） 字母 小明 小华 a 109.2Hz 261.2Hz o 115.4Hz 279.0Hz c 120.5Hz 282.8Hz A．小明声音音调低 B．小明声音响度大 C．小华声音音调低 D．小华声音响度大 【答案】A 【解析】表中单位是Hz，所以测的是频率，反映了音调，小华声音频率高，音调高，故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 2．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，用同样的力度再次拨动钢尺，这是在探究声音与什么的关系？（　　） A．响度与频率 B．音调与频率 C．响度与振幅 D．音调与振幅 【答案】B 【解析】两次用同样的力度拨动钢尺，改变的是钢尺伸出桌边的长度，所以改变的是振动的频率，研究的是音调与振动频率之间的关系。 故选B。 3．如图是童谣“小蜂蜜”的一段歌词与乐谱，当小玲唱到“大家一起”这四个字期间，音调逐渐升高。关于这期间小玲声音变化的描述正确的是（　　） A．声带振动一次的时间逐渐增加 B．声带每秒振动的次数逐渐增加 C．声波的传播速度逐渐增大 D．声波的振动幅度逐渐增大 【答案】B 【解析】通过五线谱判断出音调在逐渐升高，音调由频率决定，所以其频率在逐渐升高，频率的定义是发声体在1s内振动的次数，所以判断出1s内的振动次数变多。 4．声音的音调越高，则（    ） A．发声体振动的振幅和声音的频率一定都越大 B．发声体振动的振幅和声音的频率一定都越小 C．发声体振动的振幅一定越大 D．声音的频率一定越大 【答案】D 【解析】声音的高低称为音调，它是由发声体的频率决定的，频率越高，音调越高，故选D。 【点睛】音调的高低与发声体振动快慢有关，物体振动越快，音调就越高。 5．如图所示，小宇在窗边挂了一个金属管风铃，微风吹过，风铃发出悦耳的声音。小宇观察风铃的结构，发现风铃是因为风吹动风摆，与风摆系在一起的撞珠撞击金属管使金属管 而发声。由于金属管的长度不同使其发出的声音的音调不同，A、B两根金属管发声时，音调较高的是 。 【答案】 振动 B 【解析】[1][2]声音是由物体振动产生的，风吹动风摆，与风摆系在一起的撞珠撞击金属管使金属管振动发声；由图可知，B金属管长度较短，振动的频率较高，音调较高。 6．为了提醒人们不忘国耻，警惕日本帝国主义势力的抬头，在南京大屠杀50周年之际，南京市民捐资铸造了警世钟，警世钟高3m，口径约2m，当用木棒撞击大钟时，大钟振动的振幅很大，而振动的频率 ，能发出洪亮而低沉的声音。 【答案】很小 【解析】当用木棒撞击大钟时，大钟振动的振幅很大，响度大，声音洪亮；而振动的频率很小，声音低沉；所以能发出洪亮而低沉的声音。 【素养提升】 7．昆虫飞行时翅膀振动发出声音，如蜜蜂1min振翅26400次，苍蝇10s振翅3500次，由此可知，蜜蜂翅膀振动的频率是 Hz，音调高的是 。 【答案】 440 蜜蜂 【解析】[1]频率是物体在1s内振动的次数，蜜蜂翅膀振动频率为。 [2]苍蝇翅膀振动的频率为，小于蜜蜂翅膀振动的频率，音调的高低是由频率决定，所以音调高的是蜜蜂。 8．如图是小岩自制的小乐器，他将宽窄不同的橡皮筋缠到一个小盒上，又在小盒的两端各放一支笔，用来拉紧橡皮筋，弹拨橡皮筋，橡皮筋就会 发出声音，如果用相同的力拨动这些宽窄不同的橡皮筋，由于橡皮筋的振动 不同，所发出声音的 也不同。    【答案】 频率 音调 【解析】[1][2]音调的高低和振动的频率有关，振动的频率越高，音调越高，用相同的力拨动这些宽窄不同的橡皮筋，此时宽的振动慢，窄的振动快，即橡皮筋振动的频率不同，橡皮筋发出的音调不同。 9．小美买了一个金属管风铃，微风吹过，风铃发出悦耳的声音，小美想探究管子发出声音的频率与长度、直径的关系，于是他选取了材料与管壁厚度都相同、长度和直径不同的三根直管，先用同一刻度尺测出直管的长度和直径，然后将它们悬挂起来敲击发出声音，利用仪器测出各自发出声音的频率，记录数据如表所示： 编号 长度/cm 直径/cm 频率/Hz 声强级/dB 1 20.50 1.50 2131 80 2 31.00 2.00 1284 100 3 48.50 2.50 656 90 （1）根据表中的数据可知，小美所用刻度尺的分度值是 。 （2）三根管子中音调最低的是 号。 （3）小美发现根据表中的数据无法总结出管子发出声音的频率与长度、直径的关系，因为 。 （4）要想完成实验需要再增加一根材料与管壁厚度相同的 （选填“A”或“B”）直管来做实验。 A．长度为20.50 cm， 直径为2.50 cm   B．长度为55.50cm， 直径为3.00 cm 【答案】 1mm 3 没有控制变量 A 【解析】（1）[1]刻度尺的分度值是刻度尺相邻两刻度线表示的长度。由“20.50cm”知，刻度尺的分度值是：0.1cm=1mm。 （2）[2]音调跟频率有关，频率越大，音调越高；频率越小，音调越低。由表格数据可知，3号管子的频率最小，音调最低。 （3）[3]探究频率与管子长度、直径的关系应采用控制变量法，由表中数据可知，没有控制管子的长度相同而直径不同、管子的长度不同而直径相同，即没有采用控制变量法，所以不能根据表中数据得出管子发出声音的频率与长度、直径的关系。 （4）[4]根据控制变量法，如果想得出管子发出声音的频率与长度、直径的关系，则需再增加一根长度和直径与表中相同的金属管，表中长度有“20.50cm”、直径有“2.50cm”，即要选即A管，这样可以控制直径相同或长度相同。 10．为了探究“声音的传播是否需要介质”，小明使用一套实验装置：一只通电的小电铃放在连通于抽气机的玻璃罩内，瓶内的空气可由瓶底的玻璃管抽出，如图甲所示： （1）在没有抽气时，他 （选填“能”或“不能”）听见铃声； （2）当在抽去瓶中的空气过程中，他听到的铃声的情况是： ； （3）通过推测得出的结论是： ； 小明同学接下来继续探究音调和哪些因素有关。他选用的琴弦长度、材料如图乙中已标出，图中a、c、d的横截面积相同，但与b横截面积不同，并且每根琴弦固定在“音箱”上的松紧程度一致： （4）他想研究音调的高低与琴弦长度的关系，应选择编号为 和 琴弦进行实验； （5）他选择a和b是为了研究音调的高低与 关系； （6）他研究音调的高低与琴弦材料是否有关， （选填“能”“不能”或“不确定能”）选择c和d进行研究，理由是： 。 【答案】 能 声音的响度越来越小 真空不能传声 a d 材料的横截面积的 不能 见解析 【解析】（1）[1]当没有抽气时，有传声的介质，即空气，所以能听见是小电铃声。 （2）[2]当小明逐渐抽出瓶中的空气时，瓶中的空气越来越稀薄，听到的声音越来越小，最后几乎听不到铃声。 （3）[3]在实验的基础上可以推理出若瓶中没有空气，处于真空状态时，瓶外的人听不到声音，声音不能传播，由此推理出真空不能传声。 （4）[4] [5]研究音调高低和琴弦长度的关系，保持材料和粗细相同，故选择a和d。 （5）[6]选择a和b，材料和长度相同，粗细不同，可以探究音调高低跟粗细的关系。 （6）[7][8]探究音调高低跟材料的关系，需使长度和粗细相同，材料不同，因此需选择a和c进行实验。而c和d材料和长度都不同，没有控制长度相同，所以无法探究音调高低与材料的关系。 【能力培优】 11．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）。 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，可以发出悦耳的哨音。上下推拉“活塞”，音调就会改变（如图）。 【答案】见解析 【解析】方案一：敲击水琴瓶，水和瓶子一起振动，水约多，振动得越慢，音调越低； 方案二：吹气时，空气柱振动，上下推拉“活塞”，空气柱的长短发生变化，空气柱振动的频率发生变化，从而改变音调。 12．学习科学要学会利用书籍的信息进行反思，并从中获取新的信息。 （1）关于声音的速度，课本上是这样描述的：“15℃时空气中的传播速度是340m/s”。从描述中我们可以得到：声音的传播速度与温度和 有关； （2）借助示波器，可以观察到不同声音的波形。如图是两个不同的发声体A和B发出的音调和响度不同的波形示意图，其中发声体 的音调高； （3）运用声呐系统向海底发射超声波可以探测海洋深度，超声波声呐 （选填“能”或“不能”）用于太空测距（比如地球与月球的距离）。 【答案】 介质 A 不能 【解析】（1）[1]“15℃时空气中的传播速度是340m/s”。从描述中我们可以得到：声音的传播速度与温度和介质种类有关。 （2）[2]因为频率越大，音调越高，如图相同时间内，A振动2.5次，B振动1次，A比B振动的频率快，故A的音调高。 （3）[3]声音的传播需要介质，太空是真空，真空不能传声，超声波声呐不能用于太空测距（比如地球与月球的距离）。 13．通过以下材料的阅读回答题： 中国古代乐器之王——编钟 我国古代对音乐非常重视，孔子六艺“礼乐射御书数”将音乐排在第二位。每当改朝换代，一个新的王朝兴起，“厘正雅乐”都是重要的一项工作。在此项工作中，编钟发挥着重要的作用。编钟的发声原理大体是：编钟的钟体小，音调就高，响度也小；钟体大，音调就低，响度也大，所以铸造时的尺寸和形状对编钟有重要的影响。 根据文献记载和出土文物，发现我国在西周时期就有了编钟，那时候的编钟一般是由大小3枚组合起来的。春秋末期到战国时期的编钟数目就逐渐增多了，有9枚一组的和13枚一组的，等等。1957年，在我国河南信阳城阳城址出土的第一套编钟13枚，音乐家随即用此演奏歌颂当代领袖的颂歌《东方红》。1978年，湖北随州南郊擂鼓墩的一座战国时代（约公元前433年）的曾侯乙墓出土的编钟（如图所示），是至今为止所发现的成套编钟中最引人注目的一套，这套编钟之大，足以占满一个现代音乐厅的整个舞台。曾侯乙墓编钟由19个钮钟、45个甬钟，外加楚惠王送的一件大镈钟共65件组成。这些钟分3层8组挂在钟架上，直挂在上层的3组叫钮钟，斜悬在中下层的5组叫甬钟，其中最小的一个钮钟高20.4厘米、质量为2.4千克，在演奏中能起定调作用，最大的一个低音甬钟高达153.4厘米、质量为203.6千克，全套编钟总质量在2500千克以上。钟架是铜木结构的，它的外形呈直角曲尺形，全长10米以上，上下3层，高273厘米，由6个佩剑的青铜武士和几根圆柱承托。整套编钟和梁架气势宏大、壮观无比。演奏时乐队由几个人组成，用6只丁字形木锤敲高、中音，用两根长形棒撞低音。经声学专家研究，编钟中的每只钟都可以发出两个不同的乐音，只要准确地敲击钟上标音的位置，它就能发出合乎一定频率的乐音，整套编钟能奏出现代钢琴上的所有黑白键的音响。这套编钟的定音频率为256.4赫兹，与如今钢琴上的中央“C”频率几乎完全相等。 曾侯乙编钟用料是铜、锡、铅合金，全套编钟上装饰有人、兽、龙等花纹，铸制精美，花纹细致清晰，并刻有错金铭文，用以标明各钟的发音音调，它是公元前433年的实物。可见，远在2400多年以前。我国的音乐文化和铸造技术已经发展到相当高的水平，它比欧洲十二平均律的键盘乐器的出现要早将近2000年。 （1）根据文中内容回答编钟的发声原理。( ) （2）曾侯乙编钟共有65件，敲击不同的编钟至少可以 种不同的音调。 【答案】 见解析 65 【解析】（1）[1]由材料可知，编钟的发声原理是：敲击编钟，编钟振动发声，编钟的钟体小，越容易振动，其频率越高，音调就高，响度也小；钟体大，越不容易振动，其频率越低，音调就低。 （2）[2]由材料可知，曾侯乙编钟花纹细致清晰，并刻有错金铭文，用以标明各钟的发音音调，说明一件编钟至少可以发出一种音调，65件不同的编钟至少可以发出65种不同的音调。 14．请阅读下列短文，并回答文后的问题： 共鸣 小羽发现了这样的现象：把空热水瓶、空瓶子或空水杯等的口挨近耳朵，会听到“嗡嗡”声。小羽想：声音是由物体振动引起的，可是，这些空容器里并没有发声源呀！这是怎么回事呢？ 小羽请教了老师，老师告诉他，这是声学上的一种共鸣现象．可是小羽又有了新的疑问：在什么条件下才会发生共鸣呢？在老师的帮助下，小羽进行了下列实验：把两个频率相同的音叉如图放置，用小锤敲击音叉A，几秒钟后，用手握住音叉A的叉股，使它不再振动发声，这时可以听到音叉B在发声。拿一个用线悬吊的轻质小球跟这个音叉的叉股接触，轻质小球被弹开，表明这个音叉在振动。在音叉A的叉股上套上一个铁架子，改变它的振动频率，重做上述实验，另一个音叉不再振动发声。 可见，当两个发声频率 的物体，彼此相隔不远时，如果其中一个物体发声，另一个也有可能跟着 ，这种现象，就叫做“共鸣”．请回答下列问题： （1）请帮小羽把文中的填空填完整； （2）从电视画面上我们常常看到，登山队员们在翻越一座座雪山时，总是默默无言地前进，绝对禁止他们大声呼喊，这是为什么呢？ 【答案】 相同 振动 人在大声呼喊的时候，会发出多种频率的声波，通过空气传递给高山上的积雪层，往往会引起积雪的振动．如果有一种喊叫声的频率恰好与积雪层的固有频率相同，就会形成共鸣，积雪层就可能因强烈的振动而崩塌下来．这对运动员来说，是很危险的．因此禁止高声呼喊，就成了登山队员的一条戒律。 【解析】（1）实验中“用两个频率相同的音叉”就说明了要发生共振就要采用发声频率相同的物体；“拿一个用线悬吊的轻质小球跟这个音叉的叉股接触，轻质小球被弹开”说明了另一个音叉也是振动发出声音的； （2）人在大声呼喊的时候，会发出多种频率的声波，若其中有一种频率和积雪层的固有频率相同，就会发生共鸣，引起雪崩。 ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二章 声音与环境 课时2.2 音调 2022年课程标准 物理素养 2.3.2 了解声音的特性。了解现代技术中声学知识的一些应用。知道噪声的危害及控制方法。 物理观念：知道音调跟声源振动频率有关，不同动物发出声波和接收声波的频率范围不同。 科学思维：会用实验的方法探究影响音调的因素；了解 调节弦乐器的音调的方法。 科学探究：通过经历探究影响音调的因素和调节弦乐器的音调，学习并培养从物理现象中归纳简单科学规律的方法。 科学态度与责任：培养学生利用手边的学习工具或生活用品进行简单物理实验的习惯和探究物理问题的能力。 知识点一、声音的高低——音调 1．物理学中，把声音的________叫做音调。声源每秒振动的________叫做频率，用f表示。频率的单位是________。 2．声音的高低跟声源振动的频率有关：声源振动的频率________，音调________；声源振动的频率________，音调________。 规律总结 ①打击乐器：以鼓为例，鼓皮绷得越紧，音调越高；②弦乐器：长而粗的弦发声音调低，短而细的弦发声音调高，绷紧的弦发声音调高，松弛的弦发声音调低；③管乐器：空气柱越长发声音调越低，空气柱越短发声音调越高。 3．如图所示，在同一个轴上固定着三个齿数不同的齿轮。当齿轮旋转时，用纸片分别接触齿轮，使纸片发出声音的音调最高的是________(选填“上面”“中间”或“下面”)的齿轮。 4．男同学说话声音“低沉”是指男同学声音的________低，这是因为男同学说话时，声带振动比较的________。 特别提醒 1．音调的高低是指声音的粗细，不是指声音的响与不响。例如在音乐中，同一音节中1、2、3、4、5、6、7的音调逐渐增高。 2．一般来说，儿童发声的音调比成人的要高，女同学发声的音调比男同学的要高。通常说的女高音、男低音中的“高”“低”指的就是音调。 3．声音在介质中的传播速度与声音的频率无关，在同一介质中，频率不同的声音传播速度相同。 典例01　小红制作了一个水瓶琴，她在7个相同的玻璃瓶中灌入不同高度的水，仔细调节水的高度，如图所示，若从左至右对着瓶口吹气，则发声体是______，音调______（升高/降低）。 知识点二、用波形图比较频率 1．声波可以在示波器上展现出来，先将话筒接在示波器的输入端，再将敲响的甲、乙两个音叉分别对着话筒发出声音，在示波器上出现了如图所示的波形，通过对波形的分析，可知________音叉的音调高。原因是________________。 2．如图所示是用示波器显示的不同乐器发出不同声波的波形图，其中频率最大的是(　 ) 特别提醒 示波器：声源振动发出的声音通过声波的形式传播，示波器可以将声波转换成电信号，再在屏幕上显示具有波峰、波谷的图形，我们可以通过此图形比较两个声音的频率。 典例02 下列为录制合成的声音波形图，由图可知，音调相同的有_______。 问题一：音调和频率 【典例1】如图所示，在A、B、C、D四个相同的玻璃瓶中，装入不同高度的水，用筷子敲击，则发出声音的音调最高的是（ ） A． B． C． D． “质小音高”法快解思路。 在判断同种发声体发出音调的高低时，可以比较质量。质量越小，越容易振动，音调越高；反之，质量越大，越难振动，音调越低。解题时，先判断发声体，在根据“质小音高”分析解答。 【变式1-1】如图所示，用话筒M接收音叉发出的声音，送到示波器S去显示。保持示波器的工作状态不变，乙图中音叉B的频率高于甲图中的音叉A。音叉B发出的声音听起来______（选填声音的特性）较高，从示波器上看到的波形较密。 【变式1-2】绷紧在纸盒上的两条橡皮筋，粗细不同（如图），用手拨动橡皮筋可发出声音。下列说法正确的是（    ）    A．拨动橡皮筋发出的声音，不是振动产生的 B．手拨动越快，橡皮筋发出的声音传播越快 C．拨动两条橡皮筋，发出声音的响度一定不同 D．拨动不同橡皮筋，可探究音调与振动频率的关系 问题二：探究影响音调的因素 【典例1】小涵在学习吉他的过程中发现琴弦发出的声音音调高低受各种因素的影响，她决定对此进行研究，经过和同学们讨论，她提出了以下几种猜想。 猜想1：音调的高低可能与琴弦的横截面积有关； 猜想2：音调的高低可能与琴弦的长度有关； 猜想3：音调的高低可能与琴弦的材料有关； 为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所示的4种规格的琴弦，进行实验。 编号 材料 规格 长度（cm） 横截面积（mm2） A 尼龙 55 1 B 尼龙 55 0.5 C 尼龙 80 1 D 镍合金 ① 0.5 （1）为了检验上述猜想1是否正确，应选编号 ______两种规格的琴弦进行实验； （2）选择编号为B、D的琴弦进行探究时，小涵发现粗心的同学漏填了表中的数据。表中①的位置所缺的数据是 ______，这是为了验证猜想 ______，小涵在进行本次探究时还需要观察琴弦振动的 ______； （3）在验证猜想2时，若选择B和C进行研究，并推理得出：琴弦越长，振动越慢，音调就越低的结论是否正确？______，理由是 ______。 【变式2-1】声音可以被看见吗？十八世纪，德国物理学家恩斯特•克拉德尼做过一个实验，他在一个小提琴上安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，结果这些细沙自动排列成不同的美丽图案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率的不断变化，图案也不断变幻——这就是著名的克拉尼图形（如图甲）。某物理探究小组对这一现象产生了浓厚的兴趣，于是他们查找相关资料并自主制作了一套探究声音形状的“克拉尼实验”演示仪，如图乙所示。他们准备了一个方形金属板，中间用一个金属杆插入使其悬空，同时在金属杆底部连接一个音频振动发声器，发声器振动时会引起金属杆和方形金属板的共振，接着他们开始展开实验探究。 （1）首先他们在金属板上撒上一层细沙，打开发声器，发现细沙变化成了一个美丽的图案（如图乙），这说明声音是由于物体______产生的，细沙的作用是______（从下述选项中选择）； A．延长金属板的振动时间 B．使声波被多次反射形成回声 C．使金属板的振动尽快停下来 D．把发声器的振动放大，便于观察现象 （2）接着他们调节发声器的频率，当发声器的振动频率逐渐增大时，金属板上的克拉尼图形发生了如下图从左到右的一些变化。这说明，克拉尼图形的形状与声音的______有关，且______，克拉尼图形越复杂。 【变式2-2】甲音叉发声时振动频率为256Hz，乙音叉发声时每分钟振动30720 次，若将甲、乙音叉发出的声音分别输入同一设置的示波器，已知甲音叉发声的波形如图所示，则乙音叉发声的波形可能是（　　）    A．   B．  C．   D．   【基础强化】 1．小明和小华读出a、o、c三个拼音字母，利用软件采集到的数据如下表，分析可知（　　） 字母 小明 小华 a 109.2Hz 261.2Hz o 115.4Hz 279.0Hz c 120.5Hz 282.8Hz A．小明声音音调低 B．小明声音响度大 C．小华声音音调低 D．小华声音响度大 2．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，用同样的力度再次拨动钢尺，这是在探究声音与什么的关系？（　　） A．响度与频率 B．音调与频率 C．响度与振幅 D．音调与振幅 3．如图是童谣“小蜂蜜”的一段歌词与乐谱，当小玲唱到“大家一起”这四个字期间，音调逐渐升高。关于这期间小玲声音变化的描述正确的是（　　） A．声带振动一次的时间逐渐增加 B．声带每秒振动的次数逐渐增加 C．声波的传播速度逐渐增大 D．声波的振动幅度逐渐增大 4．声音的音调越高，则（    ） A．发声体振动的振幅和声音的频率一定都越大 B．发声体振动的振幅和声音的频率一定都越小 C．发声体振动的振幅一定越大 D．声音的频率一定越大 5．如图所示，小宇在窗边挂了一个金属管风铃，微风吹过，风铃发出悦耳的声音。小宇观察风铃的结构，发现风铃是因为风吹动风摆，与风摆系在一起的撞珠撞击金属管使金属管 而发声。由于金属管的长度不同使其发出的声音的音调不同，A、B两根金属管发声时，音调较高的是 。 6．为了提醒人们不忘国耻，警惕日本帝国主义势力的抬头，在南京大屠杀50周年之际，南京市民捐资铸造了警世钟，警世钟高3m，口径约2m，当用木棒撞击大钟时，大钟振动的振幅很大，而振动的频率 ，能发出洪亮而低沉的声音。 【素养提升】 7．昆虫飞行时翅膀振动发出声音，如蜜蜂1min振翅26400次，苍蝇10s振翅3500次，由此可知，蜜蜂翅膀振动的频率是 Hz，音调高的是 。 8．如图是小岩自制的小乐器，他将宽窄不同的橡皮筋缠到一个小盒上，又在小盒的两端各放一支笔，用来拉紧橡皮筋，弹拨橡皮筋，橡皮筋就会 发出声音，如果用相同的力拨动这些宽窄不同的橡皮筋，由于橡皮筋的振动 不同，所发出声音的 也不同。    9．小美买了一个金属管风铃，微风吹过，风铃发出悦耳的声音，小美想探究管子发出声音的频率与长度、直径的关系，于是他选取了材料与管壁厚度都相同、长度和直径不同的三根直管，先用同一刻度尺测出直管的长度和直径，然后将它们悬挂起来敲击发出声音，利用仪器测出各自发出声音的频率，记录数据如表所示： 编号 长度/cm 直径/cm 频率/Hz 声强级/dB 1 20.50 1.50 2131 80 2 31.00 2.00 1284 100 3 48.50 2.50 656 90 （1）根据表中的数据可知，小美所用刻度尺的分度值是 。 （2）三根管子中音调最低的是 号。 （3）小美发现根据表中的数据无法总结出管子发出声音的频率与长度、直径的关系，因为 。 （4）要想完成实验需要再增加一根材料与管壁厚度相同的 （选填“A”或“B”）直管来做实验。 A．长度为20.50 cm， 直径为2.50 cm   B．长度为55.50cm， 直径为3.00 cm 10．为了探究“声音的传播是否需要介质”，小明使用一套实验装置：一只通电的小电铃放在连通于抽气机的玻璃罩内，瓶内的空气可由瓶底的玻璃管抽出，如图甲所示： （1）在没有抽气时，他 （选填“能”或“不能”）听见铃声； （2）当在抽去瓶中的空气过程中，他听到的铃声的情况是： ； （3）通过推测得出的结论是： ； 小明同学接下来继续探究音调和哪些因素有关。他选用的琴弦长度、材料如图乙中已标出，图中a、c、d的横截面积相同，但与b横截面积不同，并且每根琴弦固定在“音箱”上的松紧程度一致： （4）他想研究音调的高低与琴弦长度的关系，应选择编号为 和 琴弦进行实验； （5）他选择a和b是为了研究音调的高低与 关系； （6）他研究音调的高低与琴弦材料是否有关， （选填“能”“不能”或“不确定能”）选择c和d进行研究，理由是： 。 【能力培优】 11．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）。 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，可以发出悦耳的哨音。上下推拉“活塞”，音调就会改变（如图）。 12．学习科学要学会利用书籍的信息进行反思，并从中获取新的信息。 （1）关于声音的速度，课本上是这样描述的：“15℃时空气中的传播速度是340m/s”。从描述中我们可以得到：声音的传播速度与温度和 有关； （2）借助示波器，可以观察到不同声音的波形。如图是两个不同的发声体A和B发出的音调和响度不同的波形示意图，其中发声体 的音调高； （3）运用声呐系统向海底发射超声波可以探测海洋深度，超声波声呐 （选填“能”或“不能”）用于太空测距（比如地球与月球的距离）。 13．通过以下材料的阅读回答题： 中国古代乐器之王——编钟 我国古代对音乐非常重视，孔子六艺“礼乐射御书数”将音乐排在第二位。每当改朝换代，一个新的王朝兴起，“厘正雅乐”都是重要的一项工作。在此项工作中，编钟发挥着重要的作用。编钟的发声原理大体是：编钟的钟体小，音调就高，响度也小；钟体大，音调就低，响度也大，所以铸造时的尺寸和形状对编钟有重要的影响。 根据文献记载和出土文物，发现我国在西周时期就有了编钟，那时候的编钟一般是由大小3枚组合起来的。春秋末期到战国时期的编钟数目就逐渐增多了，有9枚一组的和13枚一组的，等等。1957年，在我国河南信阳城阳城址出土的第一套编钟13枚，音乐家随即用此演奏歌颂当代领袖的颂歌《东方红》。1978年，湖北随州南郊擂鼓墩的一座战国时代（约公元前433年）的曾侯乙墓出土的编钟（如图所示），是至今为止所发现的成套编钟中最引人注目的一套，这套编钟之大，足以占满一个现代音乐厅的整个舞台。曾侯乙墓编钟由19个钮钟、45个甬钟，外加楚惠王送的一件大镈钟共65件组成。这些钟分3层8组挂在钟架上，直挂在上层的3组叫钮钟，斜悬在中下层的5组叫甬钟，其中最小的一个钮钟高20.4厘米、质量为2.4千克，在演奏中能起定调作用，最大的一个低音甬钟高达153.4厘米、质量为203.6千克，全套编钟总质量在2500千克以上。钟架是铜木结构的，它的外形呈直角曲尺形，全长10米以上，上下3层，高273厘米，由6个佩剑的青铜武士和几根圆柱承托。整套编钟和梁架气势宏大、壮观无比。演奏时乐队由几个人组成，用6只丁字形木锤敲高、中音，用两根长形棒撞低音。经声学专家研究，编钟中的每只钟都可以发出两个不同的乐音，只要准确地敲击钟上标音的位置，它就能发出合乎一定频率的乐音，整套编钟能奏出现代钢琴上的所有黑白键的音响。这套编钟的定音频率为256.4赫兹，与如今钢琴上的中央“C”频率几乎完全相等。 曾侯乙编钟用料是铜、锡、铅合金，全套编钟上装饰有人、兽、龙等花纹，铸制精美，花纹细致清晰，并刻有错金铭文，用以标明各钟的发音音调，它是公元前433年的实物。可见，远在2400多年以前。我国的音乐文化和铸造技术已经发展到相当高的水平，它比欧洲十二平均律的键盘乐器的出现要早将近2000年。 （1）根据文中内容回答编钟的发声原理。( ) （2）曾侯乙编钟共有65件，敲击不同的编钟至少可以 种不同的音调。 14．请阅读下列短文，并回答文后的问题： 共鸣 小羽发现了这样的现象：把空热水瓶、空瓶子或空水杯等的口挨近耳朵，会听到“嗡嗡”声。小羽想：声音是由物体振动引起的，可是，这些空容器里并没有发声源呀！这是怎么回事呢？ 小羽请教了老师，老师告诉他，这是声学上的一种共鸣现象．可是小羽又有了新的疑问：在什么条件下才会发生共鸣呢？在老师的帮助下，小羽进行了下列实验：把两个频率相同的音叉如图放置，用小锤敲击音叉A，几秒钟后，用手握住音叉A的叉股，使它不再振动发声，这时可以听到音叉B在发声。拿一个用线悬吊的轻质小球跟这个音叉的叉股接触，轻质小球被弹开，表明这个音叉在振动。在音叉A的叉股上套上一个铁架子，改变它的振动频率，重做上述实验，另一个音叉不再振动发声。 可见，当两个发声频率 的物体，彼此相隔不远时，如果其中一个物体发声，另一个也有可能跟着 ，这种现象，就叫做“共鸣”．请回答下列问题： （1）请帮小羽把文中的填空填完整； （2）从电视画面上我们常常看到，登山队员们在翻越一座座雪山时，总是默默无言地前进，绝对禁止他们大声呼喊，这是为什么呢？ ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$