1.3 声音的特性与应用 讲义 2026-2027学年浙教版科学八年级上册

本初中科学讲义聚焦声音的特性与应用，系统梳理音调（与频率关系）、响度（与振幅及距离关系）、音色（与材料结构关系）三大核心要素，延伸至超声波次声波、乐器发声原理、声的利用及噪声控制，构建完整知识脉络。 资料通过钢尺振动等实验、波形图对比分析及避坑指南易错辨析，培养科学思维与探究实践能力。课中辅助教师直观教学，课后助力学生巩固知识，提升运用科学观念解决实际问题的能力。

1.3 声音的特性与应用 本节导航·目标清单 目标导航 方法指导 · 知道声音的三要素：音调、响度、音色，理解三者的区别 · 理解音调的概念，知道音调与频率的关系：频率越高，音调越高 · 知道频率的概念和单位（赫兹Hz），能用频率描述物体振动的快慢 · 知道人的听觉范围（20~20000 Hz），了解超声波和次声波的概念 · 了解不同动物的听觉和发声频率范围差异 · 理解响度的概念，知道响度与振幅和距声源远近的关系 · 知道分贝（dB）是计量声音强弱的单位，了解噪声标准 · 理解音色的概念，知道音色由发声体的材料、结构和发声方式决定 · 能从波形图判断声音的音调（波的个数）、响度（振幅）和音色（波形形状） · 了解弦乐器、管乐器、打击乐器的发声原理和音调调节方法 · 了解回声、回声定位、声呐的原理及超声波和次声波的应用 · 了解乐音与噪声的区别，知道控制噪声的三个方面 · 运用对比法区分声音三要素：音调是"高低"、响度是"强弱"、音色是"品质与特色" · 联系生活经验（男女声、牛叫与蚊子声、辨别熟人声音）理解三要素的物理意义 · 通过波形图直观理解三要素：波的个数对应音调、振幅对应响度、波形形状对应音色 · 用"振动决定声音特性"这一核心观念，理解频率决定音调、振幅决定响度、材料结构决定音色 教材精研·内容全解 考点01 音调 1. 音调的概念 人们能够听到的各种声音，有的听起来尖锐，即调子高；有的听起来低沉，即调子低。声音的高低可用音调来表示。音调是声音三要素之一，反映的是声音的"高低"。每个人发出的声音不相同，你能听出妈妈的声音，这其中就涉及音调的差异。一般来说，儿童说话的音调比成年人高，成年女性的音调比成年男性高。人的发声频率大约在85 Hz到1100 Hz之间。"女高音""男低音"中的"高""低"，描述的就是声音的音调。 2. 频率的概念和单位 物体振动的次数与所用时间之比叫作频率。频率是描述物体振动快慢的量。物体在1秒内振动的次数叫作频率。如果物体在1 s内振动50次，它的频率就是50 Hz。频率的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz。例如，人唱歌时C调"1"（do）的频率是262 Hz，D调"1"（do）的频率是294 Hz。 钢尺振动实验：钢尺伸出桌面短时振动快、频率大、音调高；伸出长时振动慢、频率小、音调低 3. 音调与频率的关系 通过探索活动可以发现音调与频率的关系。实验一：将一把钢尺紧压在桌面上，分别将钢尺的1/4、1/2、3/4长伸出桌面边缘，拨动钢尺伸出部分使其振动。观察发现：伸出短，振动快，频率大，声音的音调高；伸出长，振动慢，频率小，声音的音调低。实验二：取一套音叉，音叉上的数据表示该音叉所产生的声音的频率。敲击不同的音叉会产生不同频率的声音。把音叉发出的声音信号输入计算机，观察声音的波形：256 Hz的音叉波形稀疏（4个波），512 Hz的音叉波形密集（8个波）。结论：物体的振动频率决定了声音音调的高低。物体振动越快，频率越大，音调越高；物体振动越慢，频率越小，音调越低。此外，发声体的长短、粗细、厚薄、松紧也影响音调：长、粗、厚、松的物体振动慢，音调低；短、细、薄、紧的物体振动快，音调高。唱歌时，人需要通过喉部的肌肉来改变声带振动的频率，从而产生高低不同的音调。 音叉波形对比：256 Hz波形稀疏（音调低），512 Hz波形密集（音调高），频率越大音调越高 4. 人的听觉范围 人对高音和低音的听觉是有一定限度的。多数人能够听到的声音频率范围为20~20000 Hz。一只蜜蜂飞过耳边时，我们能听到它飞翔时所发出的声音（蜜蜂翅膀振动频率约300~400 Hz，在人的听觉范围内）；可是一只蝴蝶飞过耳边时，我们却听不见（蝴蝶翅膀振动频率约5~6 Hz，不在人的听觉范围内）。人们把高于20000 Hz的声波叫作超声波，把低于20 Hz的声波叫作次声波。一般人是听不到超声波和次声波的。动物的听觉范围通常与人很不相同。大多数哺乳动物能听到的声音的频率比人类高得多。 人和一些动物的听觉与发声频率范围：人20~20000 Hz，蝙蝠1000~120000 Hz，大象13~30000 Hz 5. 动物的听觉和发声范围 不同动物的听觉和发声频率范围差异很大：人：听觉20~20000 Hz，发声85~1100 Hz。狗：听觉15~50000 Hz，发声450~1800 Hz——狗能听到超声波，所以狗哨发出的高频声音人听不到但狗能听到。猫：听觉60~65000 Hz，发声760~1500 Hz。蝙蝠：听觉1000~120000 Hz，发声10000~150000 Hz——蝙蝠能发出和听到超声波，用于回声定位。大象：听觉13~30000 Hz，发声14~24 Hz——大象能听到次声波，用次声波进行远距离交流。海豚：听觉150~150000 Hz，发声7000~120000 Hz——海豚也能利用超声波回声定位。总体来看，蝙蝠和海豚的听觉范围远超人类，大象能感知次声波，这些差异都与它们各自的生存需求相适应。 考点02 响度 1. 响度的概念 我们听到的声音有强有弱。声音的强弱可用响度来衡量。响度是人们对声音强弱的主观感觉。越用力击鼓，听到的鼓声越响亮，响度就越大。响度是声音三要素之一，反映的是声音的"强弱"。会场里的扩音设备就是用来增大声音的响度，而不是提高音调或改变音色。 2. 响度与振幅的关系 通过探索活动可以发现响度与振幅的关系。将乒乓球用细线悬吊起来，用正在发声的音叉轻触乒乓球，观察乒乓球被弹开的幅度。再敲击音叉使其发出不同响度的声音，重做实验：声音越响时乒乓球被弹开幅度越大，声音越轻时乒乓球被弹开幅度越小。这里运用了转换法：通过观察乒乓球被弹开的幅度来显示音叉振动幅度的大小，将不易直接观察的振动幅度转化为可见的乒乓球弹开幅度。物理学中用振幅来描述物体振动的幅度。结论：物体的振幅越大，产生声音的响度越大；振幅越小，响度越小。 响度与振幅的关系：振幅小则响度小，振幅大则响度大，波的个数相同说明音调不变 3. 响度与距离的关系 在距离音叉较近处与较远处听音叉发出的声音，听到的声音强弱不同：距离音叉较近处，听到的声音响度大；距离音叉较远处，听到的声音响度小。这是因为声波散播开来，声音就越分散。距离声源越远，声波分布的面积越大，单位面积上接收到的声音能量就越小，听到的声音就越小。例如，在2 m处，单位面积上声音强弱只有1 m处的1/4；在3 m处，单位面积上声音强弱只有1 m处的1/9。因此，响度与两个因素有关：一是声源的振动幅度（振幅越大，响度越大），二是人距离声源的远近（距离越近，响度越大）。 4. 分贝（dB）单位 人们通常用分贝作为单位来计量声音的强弱。分贝的符号为dB。分贝数越大，表示声音响度越大。0 dB是人刚能听到的最微弱的声音；30~40 dB是较为安静的环境（如阅览室里）；一般谈话约为60 dB；70 dB的声音会干扰人们谈话、影响工作效率；长时间处于大于100 dB的环境中对耳的听力会造成损伤；大于120 dB的声音则会导致耳疼痛，甚至会造成永久性听觉障碍而听不到任何声音。为了保证休息、学习、工作和生活的声音响度：为了保护听力，声音不能超过90 dB；为了不影响工作和学习，声音不能超过70 dB；为了保证休息和睡眠，声音不能超过50 dB。在嘈杂的环境中工作的人们，应戴上听力防护设备。 不同场景的声音响度标准：保证休息50 dB、工作学习70 dB、保护听力90 dB 5. 音调与响度的区分 音调高的声音不一定响度大，响度大的声音不一定音调高。音调和响度是声音的两个独立特性。牛叫声响亮（响度大）但低沉（音调低），蚊子的声音弱（响度小）但尖锐（音调高）。男低音放声高歌，女高音小声伴唱：男低音响度大而音调低，女高音响度小而音调高。这两个例子说明音调和响度互不影响，可以独立变化。 考点03 音色 1. 音色的概念 在许多同学同时讲话时，即使没有看到人，我们也可以分辨出某一同学的声音。不同的乐器同时演奏时，即使它们发出的响度与音调相同，仅凭听觉我们也可以把它们区分开来。这表明声音还有一个十分重要的特性，那就是音色。音色反映了声音的品质与特色。音色是声音三要素之一。声纹锁能辨别主人的声音，就是根据声音的音色，因为每个人的音色不同。 2. 影响音色的因素 不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色就不同，人对这些声音的感觉也就不一样。影响音色的因素包括：发声体的材料、结构，以及发声方式等。例如，同样发出C调"1"（do）的声音，音叉、钢琴和长笛的波形各不相同，正是因为它们的材料和结构不同，导致音色不同。我们闭上双眼能听出是谁在说话，就是因为每个人的声带结构不同，发出声音的音色不同。 3. 从波形图判断声音三要素 借助示波器，可以观察到声音的波形。通过波形图可以判断声音的三要素：音调——看波的个数（疏密）：波形越密集，频率越高，音调越高；波形越稀疏，频率越低，音调越低。响度——看振幅（波的高度）：振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。音色——看波的形状：即使音调（波的个数）和响度（振幅）相同，波形形状不同，音色就不同。如图所示，音叉、钢琴与长笛发出C调"1"（do）的声音，它们波形中波的个数相同（音调相同）、振幅相同（响度相同），但波形形状不同（音色不同）。人们常常将音调、响度和音色叫作声音的三要素。 三种乐器波形对比：音叉波形最纯净，钢琴波形最复杂，长笛波形介于两者之间——音调响度相同但音色不同 考点04 乐器的音调 1. 弦乐器 各种乐器看上去千差万别，演奏方式也各不相同，但它们的工作原理都是一样的：通过振动发出声音。乐器可以分为三种主要的类型：弦乐器、管乐器和打击乐器。像吉他、二胡、小提琴等弦乐器都是通过弦的振动而发声的。短而细的弦振动的频率高，发出声音的音调就高；长而粗的弦振动的频率低，发出声音的音调就低。演奏者演奏时，通过手指在弦上不同位置的按压来改变弦振动的频率，从而改变音调高低。弦的振动幅度越大，发出的声音越响亮（振幅越大，响度越大）。 2. 管乐器 管乐器有铜管乐器和木管乐器之分。如小号和长号等铜管乐器，演奏者对着乐器的吹口吹气，使乐器内空气柱振动，通过按压活瓣或移动拉管来调整空气柱的长度，从而改变乐器发出声音的音调。长笛等木管乐器，演奏时管中的空气柱会发生振动而发声，演奏者通过堵住和放开特定的音孔改变空气柱的长度，从而使长笛产生不同的音调。空气柱越长，音调就越低；空气柱越短，音调就越高。 3. 打击乐器 如鼓、锣等打击乐器受到打击时发生振动而产生声音。鼓皮张得越紧，鼓面会振动得越快，频率越高，音调就越高。击鼓的力量越大，鼓皮振动的幅度就越大，声音就越响亮（振幅越大，响度越大）。 4. 瓶子实验——敲击与吹气 在相同的瓶子中装不同量的水，分别敲打瓶子和向瓶中吹气，音调变化规律不同：敲击瓶子时，声源是瓶子和水的整体振动。水越多，总质量越大，越难振动，频率越低，音调越低；水越少，总质量越小，越容易振动，频率越高，音调越高。向瓶中吹气时，声源是瓶中空气柱的振动。水越多，空气柱越短，越容易振动，频率越高，音调越高；水越少，空气柱越长，音调越低。两种方式音调变化规律恰好相反，因为声源不同：敲击时声源是瓶水整体（质量决定），吹气时声源是空气柱（长度决定）。 瓶子实验：敲击时水多音调低（整体振动），吹气时水多音调高（空气柱短） 考点05 声的利用 【知识扩展】 1. 回声 声音在传播过程中遇到障碍物，就会被反射。当障碍物离人较远时，人发出的声音经过较长时间（大于0.1 s）回到耳边，人们就能把回声和原声区分开来。当障碍物离人较近时，声音被很快反射回耳边，此时，人们区分不出回声和原声。音乐厅中常采用消除回声的设计，使听众获得更好的听觉感受。 【知识扩展】 2. 回声定位与声呐 蝙蝠通常在夜间出来活动，它的视觉较差，但从来不会撞到树枝等障碍物，并且能够以很高的精度捕捉猎物。原来，蝙蝠在飞翔时会发出超声波，这些超声波碰到猎物或障碍物时会被反射回来，根据回声传来的方位和时间，蝙蝠可以确定猎物的方位及距离。蝙蝠采用的定位方法叫作回声定位。利用回声定位原理，科学家发明了声呐。利用声呐系统，人们可以测量海洋的深度，绘制海底地形图。渔船还可以利用声呐系统获得鱼群的信息。汽车上安装的倒车雷达，也是利用了回声定位原理。 【知识扩展】 3. 超声波的应用 超声波在医学和工业中有广泛应用：医学诊断：利用超声波扫描可以得到人体内部各器官的图像，以获得人体内部是否有病变的准确信息，确诊病情。医生用探头在孕妇腹部移动，探头发出超声波，接收仪接收反射回来的超声波，处理后形成超声波扫描图，可以观察胎儿的发育情况。工业与日常应用：超声波清洗器利用超声波在液体中产生强烈的振动，清洗精密零件上的污垢；超声波洗牙利用超声波振动去除牙结石。超声波的特点：方向性好、穿透力强、易于获得较集中的能量，因此适用于探测、成像和清洗等领域。 【知识扩展】 4. 次声波的应用 大象利用人类听不到的"声音"进行交流，这种"声音"是一种次声波，也就是说，大象可以利用次声波传递信息，进行交流。自然界中的许多现象，如地震、火山喷发、海啸、台风等，都伴有次声波的产生。次声波可传播很远的距离，发生地震、台风、核爆炸等情况时，即使在几千千米以外，使用灵敏的声学仪器也能接收到它们产生的次声波。通过处理这些信息，可以确定声源的方位和强度等，因此次声波在地震监测、台风预警等方面有重要应用。 考点06 噪声及其控制 【知识扩展】 1. 乐音与噪声 自然界中有各种声音。清脆的鸟鸣声、悠扬的乐声、悦耳的歌声等往往使人感觉轻松愉快，我们把这类声音叫作乐音；马路上的嘈杂声、飞机的轰鸣声等往往使人烦躁不安，我们把这类声音叫作噪声。从环境保护的角度来看，凡影响人们正常工作、生活和休息的声音都是噪声。例如，学习时，周围传来的优美的音乐对你来说也许是噪声。噪声妨碍人们的生活、工作与学习，有害健康，被列为国际公害。世界上许多国家都通过立法颁布了噪声污染标准。我国政府规定，学校、居民住宅区的环境噪声，白天不能超过55 dB，夜间不能超过45 dB。 【知识扩展】 2. 控制噪声的三个方面 控制噪声一般从三个方面考虑：第一，控制噪声产生——在声源处减弱。例如，交通繁忙地区禁按喇叭，冰箱等家用电器设计要求尽可能降低噪声。第二，阻断噪声传播——在传播过程中减弱。例如，高架路上安装隔声屏，在房间内使用吸音材料。第三，防止噪声入耳——在人耳处减弱。例如，在嘈杂环境中工作的人员戴上听力防护设备（耳塞、耳罩）。人们把噪声称作"隐形杀手"。现代城市把控制噪声列入环境保护的重要内容。 考点07 我国古代声学成就 【知识扩展】 1. 古代乐器与建筑声学 我国古代在声学方面有着辉煌的成就。1973年，浙江余姚河姆渡遗址出土一批文物，其中有大量完整的骨哨和骨笛，至今仍能吹奏出和谐的旋律。这表明中国古人在史前时期对声学就有了认识。到3000多年前的商代，人们已能系统地掌握乐器的制造方法和相应的乐律等，能制造弦乐器和管乐器，以及钟磬等。1978年，在湖北随州出土的曾侯乙编钟是战国时期编钟，也是我国迄今发现的保存最好、音律最全、音域最广的编钟，至今还能演奏乐曲。我国古代工匠在建筑声学技术方面也有丰富的经验。例如，北京天坛，人站在圜丘中央台上说话，会感到声音特别洪亮，觉得有声音从地下传来；回音壁巧妙地利用声音的反射和聚焦现象，使声音能沿着环形壁面传播得很远，并且在回音壁中心的三音石附近能清晰地分辨出三次回声。 避坑指南·易错辨析 【温馨提示】 1. 音调是声音的"高低"，响度是声音的"强弱"，音色是声音的"品质与特色"。三者是独立的声音特性，互不影响。 2. 音调高不一定响度大（如蚊子声音尖锐但弱），响度大不一定音调高（如牛叫声响亮但低沉）。 3. 频率是描述物体振动快慢的物理量，单位是赫兹（Hz）。频率越大，音调越高。不能说"振幅越大音调越高"，振幅影响的是响度。 4. 人的听觉范围是20~20000 Hz，不是发声范围。人的发声频率约为85~1100 Hz。超声波是高于20000 Hz的声波，次声波是低于20 Hz的声波。 5. 蜜蜂翅膀振动频率约300~400 Hz（在人的听觉范围内，能听到），蝴蝶翅膀振动频率约5~6 Hz（是次声波，不在人的听觉范围内，听不到）。不要混淆两者的振动频率。 6. 响度与两个因素有关：振幅（振幅越大响度越大）和距声源远近（距离越近响度越大）。不能只说"振幅越大响度越大"而忽略距离因素。 7. 从波形图判断三要素：看波的个数（疏密）判断音调，看振幅（波高）判断响度，看波形形状判断音色。三者要分别看不同的特征。 8. 瓶子实验中，敲击和吹气的声源不同：敲击时声源是瓶水整体（水多质量大、频率低、音调低），吹气时声源是空气柱（水多空气柱短、频率高、音调高）。两种方式音调变化规律相反。 9. 声纹锁辨别主人声音是根据音色，不是音调或响度。每个人的声带结构不同，音色不同。 10. 回声定位是蝙蝠利用超声波，大象利用次声波交流。不要混淆：蝙蝠用超声波，大象用次声波。 11. 控制噪声三个方面：在声源处减弱、在传播过程中减弱、在人耳处减弱。禁按喇叭是声源处减弱，隔声屏是传播过程中减弱，戴耳塞是人耳处减弱。 实战演练·随堂检测 【实战演练】 1. "女高音""男低音"中的"高""低"，描述的是声音的（ ） A. 音调 B. 响度 C. 音色 D. 速度 答：__________ 2. 会场里的扩音设备是用来（ ） A. 增大声音的响度 B. 提高声音的音调 C. 改变声音的音色 D. 加快声音的速度 答：__________ 3. 一种新型保险柜安装有声纹锁，只有主人说出事先设定的暗语才能打开，别人即使说出暗语也打不开锁。这种声纹锁能辨别主人的声音，是根据声音的（ ） A. 音调 B. 音色 C. 响度 D. 声速 答：__________ 4. 比较牛叫声和蚊子的声音，下列说法正确的是（ ） A. 牛叫声音调高，蚊子声音音调低 B. 牛叫声响度大，蚊子声音响度小 C. 牛叫声和蚊子的声音音调相同 D. 蚊子的声音响度比牛叫声大 答：__________ 5. 关于声音的传播和特性，下列说法正确的是（ ） A. 声音在真空中的传播速度最快 B. 声音的音调越高，传播速度越快 C. 声音的响度越大，传播速度越快 D. 声音的传播需要介质，声音的三要素与传播速度无关 答：__________ 6. 8个相同的玻璃瓶中灌入不同高度的水，敲击它们可以发出不同音调的声音。下列说法正确的是（ ） A. 敲击瓶子时，声音只是由瓶本身的振动产生的 B. 敲击瓶子时，声音只是由瓶中水柱的振动产生的 C. 敲击瓶子时，水越多音调越高 D. 敲击瓶子时，水越少音调越高 答：__________ 7. 下列关于控制噪声的措施，属于在传播过程中减弱的是（ ） A. 禁止汽车鸣喇叭 B. 在高架路旁安装隔声屏 C. 工人戴上防噪声耳罩 D. 将噪声源搬离居民区 答：__________ 巩固拓展·课后提升 【巩固拓展】 1. 会场里的扩音设备是增大声音三要素中的哪个要素？ 答：________________________________________________ ________________________________________________ 2. 如果小号和单簧管发出的声音音调和响度都相同，那么你能通过声音的什么特性来区分它们？ 答：________________________________________________ ________________________________________________ 3. 用大小不同的力敲击音叉，音叉发出声音的响度是否相同？声音的响度越大，乒乓球被弹开的幅度越大还是越小？这种研究方法叫什么？ 答：________________________________________________ ________________________________________________ 4. 调查校园或你家周围的噪声情况，分析受噪声影响的程度，并提出应该采取什么样的控制措施。 答：________________________________________________ ________________________________________________ 参考答案 1. A 解析："女高音""男低音"中的"高""低"描述的是声音的音调。女高音音调高，男低音音调低。音调由频率决定，与响度（强弱）、音色（品质）无关。 2. A 解析：扩音设备的作用是增大声音的响度，使更多人能听到。它不改变声音的音调（高低）、音色（品质）和速度。 3. B 解析：声纹锁是根据声音的音色来辨别主人的。每个人的声带材料、结构不同，发出声音的音色不同，所以别人即使说出同样的暗语，音色不同也打不开锁。 4. B 解析：牛叫声响亮但低沉——响度大、音调低；蚊子的声音弱但尖锐——响度小、音调高。所以牛叫声响度大（B正确），蚊子的声音音调高。A错误（牛叫声音调低），C错误（音调不同），D错误（蚊子响度小）。 5. D 解析：声音不能在真空中传播（A错）；声音的传播速度与音调、响度无关，只与介质种类和温度有关（B、C错）；声音传播需要介质，声音的三要素与传播速度无关（D正确）。 6. D 解析：敲击瓶子时，声源是瓶子和水的整体振动，不是仅由瓶本身（A错）或仅由水柱振动（B错）。水越多，总质量越大，越难振动，频率越低，音调越低（C错）；水越少，总质量越小，越容易振动，频率越高，音调越高（D正确）。 7. B 解析：禁止汽车鸣喇叭是在声源处减弱（A）；安装隔声屏是在传播过程中减弱（B正确）；戴上耳罩是在人耳处减弱（C）；搬离噪声源也是在声源处减弱（D）。 课后提升： 1. 扩音设备增大的是声音三要素中的响度。扩音设备将声音放大，使更多的人能听到，但声音的音调（高低）和音色（品质）不发生变化。 2. 能通过音色来区分。小号是铜管乐器，单簧管是木管乐器，两者的材料、结构不同，即使音调和响度相同，音色也不同，仅凭听觉就可以区分。 3. 用大小不同的力敲击音叉，音叉发出声音的响度不同。力越大，振幅越大，响度越大，乒乓球被弹开的幅度越大。这种通过观察乒乓球被弹开的幅度来显示音叉振动幅度大小的研究方法称为转换法。 4. （开放题，示例答案）校园周围可能有交通噪声、施工噪声等。受影响程度可通过测量噪声分贝数来分析。控制措施可包括：在声源处减弱（如限制施工时间）、在传播过程中减弱（如种植绿化带、安装隔声屏）、在人耳处减弱（如戴耳塞）。 学科网（北京）股份有限公司 $