2.2 声音的特性（教学设计）物理新教材人教版八年级上册

第2节 声音的特性（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第2节 声音的特性 教学 目标 物理观念 通过实验和实例，了解声音的特性。知道声音的音调跟发声体振动的频率有关，知道声音的响度跟发声体的振幅有关，知道不同发声体发出声音的音色不同。 科学思维 通过探究声音的音调与振动快慢的关系、响度与振幅的关系，发展科学归纳能力。用声音的波形图研究声音的音色时，体会运用图像进行科学研究的方法。 科学探究 在研究声音的特性实验中，有计划、有目的地观察现象，真实、准确地记录观察到的信息，养成科学观察的习惯。 科学态度 与责任 在实验探究的过程中，形成严谨求真、实事求是的科学态度。通过欣赏不同乐器演奏的音乐，提高审美情趣。 教材 分析 对于本节内容，课程标准要求学生了解声音的特性，在研究声音的特性过程中具有使用证据的意识，培养科学归纳的能力。教材注重让学生在学习物理知识的同时，体会科学探究的方法，加强与实际的联系，使学生获得更多的实践知识。 本节名词术语较多，建议突出概念的意义和联系，如音调、响度、音色是描述声音的三个概念，频率、振幅是描述振动的概念。 对于本节内容的教学，应采用多种教学方法，如探究、讨论、阅读和交流等。让学生通过听、看、想、做等活动，来感知声音的特性，并能在实践中分辨这些特性，这是本节的教学重点。 学情分析 初二学生刚接触物理学科，对身边的声现象充满好奇心，此前已经了解了声音的产生与传播基础概念，具备一定的生活感知经验。但学生对声音的特性相关知识大多停留在日常模糊描述层面，容易将生活里的“声音高低”和“声音大小”与物理概念中的音调和响度混淆，存在不少认知误区。 这个阶段的学生思维仍以具象感知为主，抽象概念理解能力尚在发展，对“频率”“振幅”这类物理量的含义容易感到陌生，难以清晰区分音调、响度、音色三个独立特性。不过他们乐于动手操作，对小实验、音乐体验类的探究活动参与热情高，适合通过直观的动手实验、生活场景辨析来纠正错误认知，搭建从感性体验到理性概念的过渡桥梁，落实对知识点的准确理解。 教学重点 感知声音的特性，并能在实践中分辨这些特性。 教学难点 感知声音特性之间的区别。 教学 器材 钢尺（若干）、示波器或计算机、音叉2支（不同频率的）、乒乓球（系有细绳）、铁架台、笛子、梳子等。 课件。包含视频资料：①演示实验——《声音的波形》；②视频欣赏——《音调》；③演示实验——《影响响度的因素》；④视频欣赏——《响度》；⑤视频演示——《不同音色的波形图》。 教学过程 导入新课 【提问】蚊子和蝴蝶在飞行时翅膀都在振动，为什么我们能听到讨厌的蚊子声，却听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音? 学习新课 一、音调 1. 探究声音的高低 【教师演示】播放ppt中的两段声音：①牛与蚊子发出的声音；②一位男低音与一位女高音两位歌唱家分别发出的声音。比较两次声音有什么不同？ 【分析归纳】牛发出的声音低沉、粗壮，蚊子发出的声音尖细、刺耳；男低音发出的声音低沉浑厚，女高音发出的声音婉转高亢。我们接触到的声音，有的听起来尖细，声音高，音调高；有的听起来低沉，声音低，音调低。 【学生活动】阅读 “想想做做”栏目，并进行探究实验：研究音调与振动快慢的关系。 ①把钢尺紧压在桌上，使钢尺的3/4伸出桌面外，用手向下压伸出的钢尺使其振动，观察钢尺振动的快慢并听钢尺发声的高低，记录在表格中； ②再分别把钢尺的1/2、1/4伸出桌面外，仍用同样大小的力向下压伸出的钢尺使其振动，观察钢尺振动的快慢并听钢尺发声的高低，记录在表格中。 振动钢尺长度 振动快慢 声音高低 钢尺长度的3/4 慢 低 钢尺长度的1/2 较快 较高 钢尺长度的1/4 更快 更高 实验结论：音调与发声体振动的快慢有关。发声体振动得越快，声音的音调越高。 【师生总结】 声音的高低叫音调。音调与发声体振动的快慢有关。发声体振动得越快，音调越高。 2. 频率 【教师介绍】指出发声体振动的快慢用频率来表示。 （1）频率的物理意义：用来描述物体振动快慢的物理量。物体振动快，则频率高；振动慢，则频率低。 （2）频率的定义：物体在1s振动的次数叫频率。用符号f表示。 （3）频率的单位：赫兹，符号是Hz。 （4）音调和频率的关系：频率决定声音的音调。频率高，音调高；频率低，音调低。 3. 音调的波形图 【教师提问】如果要给声音画出一个样子，你将如何绘制？ 【演示实验——观察声音的波形】主要目的是让学生比较形象地认识声波，同时引起他们学习的兴趣。 将音叉发出的声信号输入计算机中，观察声音的波形。换一个不同频率的音叉做实验，边听边分析它们的波形有何不同。 【总结】通过观察示波器中的波形，我们可以清楚地看到，音调的高低与波形间的关系： 高音调的声音频率高，波形密集；低音调的声音频率低，波形较稀疏。 4. 超声波和次声波 【学生活动】阅读教材第39页有关内容并回答问题。 （1）大多数人能够听到的频率范围是多大？ （2）什么是超声波？ （3）什么是次声波？ （4）动物的听觉范围通常与人的有什么不同？ 【师生归纳】 （1）可听声：人能感受的声音频率有一定的范围。大多数人能够听到的频率范围从20Hz到20000Hz。 （2）超声波：高于20000Hz的声叫超声波，它们超过人类听觉的上限。 （3）次声波：低于20Hz的声叫次声波，它们低于人类听觉的下限。 （4）声：声音、超声波、次声波统称声。 （5）人和一些动物的发声和听觉的频率范围 动物的听觉频率范围一般和人的不同。有的动物能听到超声波，有的动物能听到次声波。 能听到次声波的动物有：狗、大象；能听到超声波的动物有：狗、猫、蝙蝠、海豚。有些动物既能听到超声波也能发出超声波，如蝙蝠、海豚等。 【例题1】在探究影响音调的因素实验中，小明将直尺一端压在桌面上，另一端伸出桌面。 （1）拨动直尺，小明应该采用了图 （选填“甲”或“乙”）所示的实验操作方法。 （2）小明规范实验操作后，拨动直尺，观察到直尺在振动，同时听到了直尺发出的声音，接着减小直尺伸出桌面的长度，再次拨动直尺，小明观察到直尺的振动变 ，直尺发出声音的音调变 ，说明音调与 有关。 【答案】 甲 快 高 振动快慢 【详解】（1）此实验研究钢尺振动时的音调跟钢尺振动频率的关系，应该观察直尺的振动快慢，听直尺振动发出声音的高低，乙图中直尺与桌面撞击的声音会干扰实验，故应使直尺紧贴桌面，选用甲图所示的实验方法。 （2）当钢尺伸出桌面的长度越短时，振动越快，发出声音的音调越高；说明音调的高低与发声物体的振动快慢有关。 【例题2】如图所示，先后在话筒前敲响两个音叉，示波器显示出波形，可判断甲音叉发出声音的音调比乙音叉发出声音的音调更 （选填“高”或“低”）一些，甲、乙两种声波在空气中的传播速度 （选填“甲快”、“乙快”或“甲、乙一样快”）。 【答案】 低 甲、乙一样快 【详解】由甲、乙两音叉发出的波形可以看出，甲音叉发出声音的波形疏，说明振动频率低，音调低。声速与介质的种类和温度有关，甲、乙两种声波在空气中的传播速度一样快。 学习新课 二、响度 1. 响度 【提出问题】教学中可以从解决实际问题的角度提出问题，如：怎样使物体振动发出的声音更响？学生结合生活经验很容易猜想到一些办法，然后就可以进一步指导学生提出切实可行的实验方案来验证他们的猜想。 【演示或学生实验】 实验中可以通过对比的方法，使物体的振动呈现大小不同的幅度，同时感受物体发声响度的差异，初步归纳得出决定响度的因素。再不断改变物体振动的幅度，感受物体发声的响度，进一步得出定性的规律。 方案1：做教材介绍的实验。 教材中安排的是演示实验，如果学校能够提供较多的音叉，可以改为学生分组实验，要让学生有更多机会进行自主探究活动。实验中首先要引导学生思考如何观察音叉振动的幅度；在学生知道用乒乓球弹开的幅度反映音叉振动的幅度后，再让他们进一步观察音叉发声的响度不同时, 乒乓球弹开的幅度的不同；最终归纳得出音叉发声的响度与音叉振动的幅度有关。 方案2：用大小不同的力敲击鼓面，鼓面上的纸屑被弹起的高度不同。 方案3：把发声大小不同的音叉叉股与水面接触，溅起的水花大小不同。 方案4：在纸盆喇叭上放置泡沫塑料颗粒，改变响度的大小，泡沫塑料颗粒被弹起的高度 不同。 【归纳总结】请学生说说观察到的实验现象和探究结果。最后达成共识： （1）声音的响度与发声体振动的振幅有关。振幅越大，声音的响度越大；振幅越小，声音的响度越小。 （2）响度的大小还与人距发声体的远近有关：离发声体距离越远，声音越分散，响度越小。 2. 用波形图表示响度的大小 【教师演示】将音叉发出的声信号输入计算机中，观察声音的波形。换一个响度不同的音叉做实验，边听边分析它们的波形有何不同。 比较甲、乙两个发声体的声音波形可知：甲的振幅大，响度大；乙的振幅小，响度小。 【例题3】男低音独唱时由女高音轻声伴唱，对二人声音的描述正确的是（ A ） A. 男低音比女高音音调低、响度大 B. 男低音比女高音音调低、响度小 C. 男低音比女高音音调高、响度大 D. 男低音比女高音音调高、响度小 【解析】题中的“男低音”和“女高音”中的“低”和“高”专指音调的高低。由此可知，男低音比女高音音调低。女高音“轻声”伴唱，“轻声”指响度不宜过大。故A正确。 【例题4】如图所示。小组同学完成以下几个声现象实验。请回答问题。 （1）如图甲所示，因音叉振动乒乓球被弹开；乒乓球将音叉的振动放大，这种实验方法是________（选填“转换法”或“控制变量法”），该装置还可以探究声音响度关与振幅的关系。小明敲击同一音叉时，得到敲击时的两列声波图，从图中可以看出这两次声音的_____（选填“响度”或“音调”）相同； （2）如图乙所示，将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌面适当的长度，拨动钢尺，可听到钢尺振动发声。若钢尺伸出桌面的长度保持不变，改用更大的力拨动钢尺，则听到声音的___________变大；若拨动钢尺的力保持不变，逐渐增加钢尺伸出桌面的长度，听到声音的音调变______。 【解析】（1）转化法；音调；（2）响度，低。 【解析】（1）图甲中，音叉的振动幅度很小，肉眼看不出，乒乓球接触发声的音叉被弹开，说明发声音叉在振动。通过乒乓球被弹起将音叉微小的振动放大，这种实验方法叫做转换法。通过敲击时的两列声波图，振幅不同，响度不同，振动频率相同，音调相同。 （2）一端伸出桌面适当的长度，拨动钢尺，钢尺振动可以发出声音。用更大的力拨动钢尺，改了钢尺的振幅，使得振幅变大，则听到声音的响度变大。改变钢尺伸出桌面的长度，改了振动的频率，用同样大小的力拨动其伸出桌面的一端，这样会导致钢尺振动的快慢不同，即发出声音的音调不同，逐渐增加钢尺伸出桌面的长度，听到声音的音调变低。 学习新课 三、音色 1. 探究不同发声体的音色 【教师演示】 （1）ppt播放用不同的乐器演奏的古典音乐《梁祝》，控制音调和响度差不多相同，让学生分辨它们是哪种乐器发出的。 （2）将音叉、钢琴与长笛发出的声音分别输送到计算机（或示波器）中，让学生观察声音的波形图，比较他们的波形有何异同？ 【师生总结】 （1）频率的高低决定声音的音调，但是不同的物体发出的声音，即便音调相同，我们还是能够分辨它们。这表明在声音的特征中还有一个因素是十分重要的，它就是音色。 （2）观察音叉、钢琴、长笛发出的声音波形 ①音叉、钢琴、长笛发出的声音波形，总体上的疏密程度是相同的，即频率相同，音调相同。振动幅度相同（振幅相同），响度相同。 ②波的形状不同，即音色不同。 2. 音色 声音的品质叫作音色，它反映了每个发声体发出的声音特有的品质。 3. 音色的决定因素 （1）音色是由发声体的材料、结构等因素决定的。不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色就不同。“闻其声而知其人”就是利用每个人发出声音的音色不同来辨别的。 （2）音色是由发声体本身决定的，发声体有变化，音色也将变化。例如，有经验的铁路工人师傅，可以通过用铁锤敲击钢轨发出的声音的音色而得知钢轨上的螺丝是否松动。 【例题5】AI（人工智能）语音播报能够模仿不同人物的声音，是因为它学会了模仿人物声音中的哪个特性（　C　） A．音调 B．响度 C．音色 D．振动频率 【解析】不同发声体发出的声音音色不同，AI（人工智能）语音播报能够模仿不同人物的声音，是因为它学会了模仿人物声音的音色，故C符合题意，ABD不符合题意。 【例题6】如图所示是甲、乙、丙三个声音在示波器上显示的波形图（纵轴数值的单位相同，横轴中1ms＝10-3s），以下判断正确的是（　D　） A．乙比甲的响度大 B．甲的音调比乙低 C．甲比丙的频率小 D．甲、丙的音色相同 【详解】A．如图，甲、乙图像的振幅相同，所以响度相同，故A错误； B．如图，甲0.2ms内均振动2次、乙0.4ms内均振动2次，甲的振动频率较高，音调较高，故B错误； C．如图，甲、丙0.2ms内均振动2次，所以频率相同，音调相同，故C错误； D．如图，甲、丙的波形相同，所以音色相同，故D正确。 学习新课 四、乐音和乐器 【学生活动】阅读课本41页《科学世界》，完成下列问题： ①什么是乐音？ ②常见的乐器如打击乐器、弦乐器、管乐器靠什么发声？打击乐器发出声音响度的大小与什么有关？弦乐器、管乐器发出声音音调的高低与什么有关？ 【师生总结】 1. 乐音：悠扬、悦耳，听起来很舒服的声音叫乐音。从钢琴和长笛的波形图中可以看出，乐音的波形是有规则的。 2. 乐器：乐器可以分为打击乐器、弦乐器和管乐器等不同类型。 （1）打击乐器：编钟、鼓、锣等乐器受到敲击时发生振动，产生声音。演奏编钟时，敲击大小不同的钟能发出不同音调的声音。击鼓时的力度越大，鼓面的振动幅度就越大，声音就越响亮。 （2）弦乐器：古琴、琵琶、二胡、小提琴和钢琴等乐器通过弦的振动发声。长而粗的弦发声的音调低，短而细的弦发声的音调高。绷紧的弦发声的音调高，不紧的弦发声的音调低。弦的振动幅度越大，声音就越响。弦乐器通常有一个共鸣箱来使声音更洪亮。 （3）管乐器：箫和笛等乐器，包含一段空气柱，吹奏时空气柱振动发声。手指在不同的音孔上，就会改变空气柱的长度，从而改变音调。长的空气柱产生低音，短的空气柱产生高音。 【例题7】古筝是中华民族古老的民族乐器，下列对古筝演奏的相关描述正确的是（B） A．古筝演奏时用力拨动琴弦，音调升高 B．古筝演奏时的声音是由琴弦振动产生的 C．古筝演奏时的声音悦耳动听，细琴弦发声的响度大 D．古筝演奏时拨动琴弦越快，声音传播速度越快 【详解】A．弹奏古筝时，手指越用力，琴弦振动的幅度越大，发出声音的响度越大，故A错误； B．物体的振动产生声音，古筝声是由于琴弦振动产生的，故B正确； C．古筝演奏时的声音悦耳动听，令人愉悦，响度的大小与振幅有关，与粗细无关，故C错误； D．声速跟介质和温度有关，跟其它因素没有关系，古筝演奏时拨动琴弦越快，则发出的声音的音调越高，故D错误。 巩固练习 1．如图是我国某地修筑的“音乐公路”，当汽车以一定速度匀速行驶时，就会奏出一段悦耳的乐曲。音乐公路的路面上分布着许多疏密不同的横向凹槽，汽车每经过一个凹槽，轮胎就会上下振动一次。下列说法正确的是（　　） A．声音是由空气振动产生的 B．当车速增大时，音调会变高 C．当凹槽变稀疏时，音调会变高 D．当车速减小时，声音传播速度也会减小 【答案】B 【详解】A．汽车每经过一个凹槽，轮胎就会上下振动一次，声音是由汽车轮胎振动产生的，而不是空气振动产生的，故A错误； B．当车速增大时，汽车经过凹槽的频率变大，轮胎振动的频率变大，音调会变高，故B正确； C．凹槽稀疏时，汽车经过凹槽的频率变小，轮胎振动的频率变小，根据频率与音调的关系，频率越低，音调越低，故C错误； D．声速与介质的种类和温度等因素有关，与车速无关。当车速改变时，声速不变，故D错误。 2．下列关于中国传统乐器的描述和分析，不正确的是（　　） A．弹奏琵琶时，同样大小的力拨动粗细不同的琴弦，可以发出音调不同的声音 B．吹葫芦丝时，是因为空气柱振动产生了声音 C．吹陶笛时，按住不同的气孔是为了改变声音的音调 D．用大小不同的力敲击扬琴的同一位置，发出声音的音色不相同 【答案】D 【详解】A．弹奏琵琶时，同样大小的力拨动粗细不同的琴弦，琴弦振动频率不同，可以发出音调不同的声音，故A正确，不符合题意； B．声音是由物体振动产生，吹葫芦丝时，是因为空气柱振动产生了声音，故B正确，不符合题意； C．吹陶笛时，按住不同的气孔是为了改变空气柱振动的长短，进而改变空气中振动的快慢，改变声音的音调，故C正确，不符合题意； D．用大小不同的力敲击扬琴的同一位置，琴弦振动幅度不同，发出声音的响度不相同，故D错误，符合题意。 3．如图是甲、乙两个声音的发声体振幅与时间的关系图像，下列说法正确的是（　） A．甲的音调比乙的高 B．甲和乙的音调相同 C．甲的响度比乙的大 D．甲和乙的响度相同 【答案】A 【详解】AB．音调的决定因素是频率，频率是物体每秒内振动的次数，从波形图上看，相同时间内甲振动的次数多，故甲的频率快，音调高，故A符合题意，B不符合题意； CD．响度的决定因素是振幅，波峰和波谷之间的距离为振幅，从波形图上看，甲的振幅小，故甲的响度小，故CD不符合题意。故选A。 4. 到今天这套编钟仍然可以用来演奏。经过专家鉴定，这套编钟是“双音钟”，用相同力度轻轻敲击同一个甬钟的正面和侧面，就可以发出两种不同的声音，这里的“不同”是指________；用不同力度轻轻敲击同一个甬钟的正面也可以发出两种不同的声音，这里的“不同”是指________。（均选填“音调”“响度”或“音色”） 【答案】音调，响度。 【详解】经过专家鉴定，这套编钟是“双音钟”，用相同力度轻轻敲击同一个甬钟的正面和侧面，振幅相同，则响度相同，由于编钟的材质，结构不变，所以发出声音的音色不变，则可以发出两种不同的声音，这里的“不同”是指音调，因为它们的振动频率不同； 用不同力度轻轻敲击同一个甬钟的正面，振动的频率相同，则音调相同，由于编钟的材质，结构不变，所以发出声音的音色不变，则可以发出两种不同的声音，这里的“不同”是指响度，因为它们的振动幅度不同。 5．“八音盒”是一种机械音乐盒。上紧发条后圆筒转动，圆筒上按一定规律分布着一些凸点，它们拨动簧片就会奏出乐曲，这说明声音是由物体的 产生的；长度不同的簧片发出的声音 （选填“音调”、“响度”或“音色”）不同。 【答案】 振动 音调 【详解】拨动簧片，簧片会产生振动，同时簧片会发出声音，奏出乐曲，故说明声音都是由物体振动产生的。长度不同的簧片振动时，振动的频率不同，由于频率决定音调，所以发出声音的音调不同。 6．如图音乐公路路面上分布着许多凹槽，汽车每经过一个凹槽就上下振动一次，每秒振动次数不同，发声频率就不同。驾驶员驾驶汽车以14m/s行驶在某段音乐公路上时，能发出C大调的fa音，其频率约为350Hz。 （1）经过1s，汽车运动过的距离是多少？ （2）相邻两凹槽之间的距离是多少？ （3）车速保持不变，如果想发出频率为330Hz的Mi音，则凹槽宽度应当 （选填“变宽”“变窄”或“不变”）。 【答案】（1）14m；（2）0.04m；（3）变宽 【详解】（1）经过1s，汽车运动过的距离s=vt=14m/s×1s=14m （2）汽车发出这个音时，通过相邻两个凹槽的时间即振动1次所用时间 由v=s/t可得，所对应的相邻凹槽之间的距离是 （3）声音是由物体的振动产生的，发声体的频率越高，音调越高。如果想发出频率为330Hz的Mi音，即音调变低，车速保持不变，在凹槽宽度应当变宽时，汽车每秒经过凹槽上下振动一次振动的次数变少，发声音调变低。 板书设计 第2节 声音的特性 一、音调：声音的高低 1. 频率：发声体每秒内振动的次数。单位是赫兹，符号为Hz。 2．影响因素：频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。 3. 超声波与次声波：高于20000Hz的声叫作超声波。低于20Hz的声叫作次声波。 二、响度：声音的强弱（大小） 1. 振幅：发声体偏离原来位置的最大距离。 2. 影响因素：发声体的振幅越大，响度越大。距发声体越远，人听到的声音越小。 三、音色：声音的品质。与发声体的材料、结构有关。 课堂总结 第2节 声音的特性 作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $