3.2 声音的特性（教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级上册

该初中物理教学设计聚焦声音的特性（响度、音调、音色），以古筝调音情境导入，衔接声音的产生与传播前知，通过生活实例与实验搭建从感性体验到理性概念的学习支架。 以科学探究为主线，设计音叉乒乓球探究响度与振幅、钢尺振动分析音调与频率等实验，结合示波器波形视频，培养科学探究与科学思维能力，帮助学生区分易混特性，为教师提供丰富实验资源，提升教学效率。

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 1. 了解声音的特性。 2. 经历响度与振幅、音调与频率关系的探究过程，知道响度与振幅有关、音调与频率有关、音色随发声体变化，体会问题、证据、解释、交流在科学探究中的作用。 教材 分析 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图展示古筝调音的情境，引出声音具有特性。 2. 通过对拨动琴弦的分析和“自主活动”，了解响度的概念以及影响声音响度的相关因素。 3. 通过拨动钢尺实验和了解听觉频率范围活动，了解影响声音音调的相关因素，并认识到人的听觉频率范围，以及超声波和次声波的概念。 4. 通过实例和体验，知道发声体不同，发出声音的音色也不同。 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】古筝的声音优美动听，有“东方钢琴”之称。如图所示，调音师边拨动琴弦，边用工具转动古筝旁的琴钉调节琴弦的松紧，古筝发出了高低不同的声音。不同的声音有不同的特性，声音有哪几种特性？ 学习新课 一、响度 1. 响度 【教师】如图所示，用手指拨动琴弦，将它拨到不同的位置后松手，听到声音的强弱不同。我们把声音的强弱程度叫做响度，这是声音的特性之一。 2. 实验探究：影响声音强弱的因素 【学生活动】思考：当我们招呼操场远处的同学时，就会大声呼喊；当我们在图书阅览室交谈时，就会轻声细语。那么，声音的响度又是由什么决定的呢？ 【设计和进行实验】 （1）如图所示，用细线拴住乒乓球，悬挂在铁架台上，让音叉一臂的外侧接触乒乓球。 （2）用橡皮槌轻轻敲击音叉使它振动，听一听音叉发出的声音，观察乒乓球被弹起的幅度。 （3）用橡皮槌用力敲击音叉，再次听一听音叉发出的声音，观察乒乓球被弹起的幅度。 【分析与论证】 分别用不同的力敲击音叉时，乒乓球被弹开的幅度不同，听到的声音响度不同。乒乓球被弹开的幅度越大，音叉振动的幅度（简称振幅）越大，声音的响度也越大。 【师生总结】响度与物体振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大。 3. 振幅：物理学中用振幅来描述声源振动的幅度。振幅越大，响度越大。 4. 用计算机显示声音的振动图像 【演示实验】声源的振动可以用传感器来研究。如图所示，敲击音叉使其发声，振动的音叉带动周围空气振动，传感器和计算机（或手机）将空气的振动情况转化为图像。图像的横轴表示时间，图像沿纵轴的起伏程度反映了振动幅度的变化。 5. 影响响度大小的因素 【学生活动】思考： （1）敲击音叉，我们听到音叉发出的声音逐渐变弱，随着时间的变化，音叉的振幅如何变化？（2）影响响度大小的因素有哪些？ 【师生总结】 （1）声音的响度与声源的振幅有关，振幅越大，响度就越大。 通过屏幕上的波形，我们看到：物体的响度大，波形的振幅大；物体的响度小，波形的振幅小。会发现随着时间的变化，音叉的振幅逐渐变小，发出的声音逐渐变弱。 （2）响度还与观察者距离声源的远近有关。 声源发出的声音向四面八方传播，传得越远就越分散。若要增大某一位置声音的响度，可借助喇叭之类的工具减小声音的分散程度，使声音集中向某一方向传播。 【例题1】为了探究声音产生的原因及影响声音响度大小的因素，小明把小纸团放到正在播放音乐的扬声器（喇叭）上，看到扬声器上的小纸团跳起，他还观察到扬声器的音量越大，小纸团跳得_______（选填“越高”或“越低”），这说明声音的响度和_______有关。 【答案】越高 振幅 【解析】扬声器音量越大，也就是响度越大，此时小纸团跳得越高，表明扬声器振动的幅度（振幅）越大，这说明声音的响度和振幅有关，振幅越大，响度越大。 学习新课 二、音调 1. 音调 【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。 【学生活动】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。声音的高低叫做音调。 2. 探究影响音调高低的因素 【学生活动】研究音调与振动快慢的关系。如图所示，将钢尺伸出桌面，用拇指按压在桌边的钢尺处，另一只手拨动钢尺，使之振动。倾听钢尺发出的声音，并观察钢尺振动的快慢。逐渐减小钢尺伸出桌面的长度，重复上述操作。钢尺发出声音的音调高低会如何变化？ 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 【师生总结】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。 发声体振动得越慢，声音的音调越低。 3. 频率 【教师介绍】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：频率是振动物体在一定时间内振动的次数与所用时间的比，数值上等于单位时间内振动的次数，用符号f表示。 （3）频率的单位：赫兹，符号是Hz。例如，音叉每秒振动 256次，其频率可表示为 f=256Hz。 （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。 4. 不同频率声音的振动图像 【学生活动】思考：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： 音调高的波形比较密集一些；音调低的波形比较稀疏一些。 5. 影响声源振动频率的因素 声源振动的频率通常与其形状、尺寸、材料等因素有关。古筝、琵琶等乐器的琴弦被拨动时，较细的琴弦发出声音的音调较高，较粗的琴弦发出声音的音调较低。 如题图3-2-1所示，通过转动古筝的琴钉，可以调节琴弦的松紧，改变琴弦的粗细，从而改变其振动的频率。 6. 生活中利用音调的实例 （1）生活中，人们可以通过音调来分辨西瓜的生熟。 （2）向保温瓶灌水时，可以根据音调的变化来判断瓶内水是否加满。在加水过程中，随着瓶内水位上升，水上方的空气柱变短，空气柱振动的频率变大，发出的声音音调变高。 7. 超声波和次声波 【学生活动】阅读教材第57⁓58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：频率大于20000Hz的声波叫超声波，超过人类听觉的上限。 （3）次声波：频率低于20Hz的声叫次声波，低于人类听觉的下限。 （4）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2】如图所示，在跨学科实践课上，小明将长度不同的吸管的一端封闭，粘在一起制作成了“排箫”，并在交流展示环节进行了演奏。“排箫”发出的声音主要是由管内的_______振动产生；用相同的力气吹不同长度的吸管，发出声音的______不同，越短的管子发出的声音频率越_______（选填“高”或“低”）。 【答案】空气柱；音调；高 【解析】声音是由物体振动产生的，“排箫”发出的声音主要是由管内的空气柱振动产生；用相同的力气吹不同长度的吸管，空气柱长短不同，空气柱振动频率不同 ，发出声音的音调不同，越短的管子发出的声音频率越高。 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总体上的疏密程度是相同的，即频率相同，音调相同。 ②振动幅度相同（振幅相同），响度相同。 ③波的形状不同，即音色不同。 2. 音色 频率的高低决定声音的音调，振幅的大小影响声音的响度。但是，不同的物体发出的声音，即便音调和响度相同，我们还是能够分辨出他们的不同。这表明在声音的特性中还有一个特性是十分重要的，它就是音色。 大量实验表明，声源的材料、结构等不同，它们发出声音的音色不同，音色也是声音的一种特性。 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3】“谁家玉笛暗飞声，散入春风满洛城”出自唐代诗人李白的《春夜洛城闻笛》。关于诗中蕴含的声现象，下列说法正确的是（ D ） A．笛声是由笛子的管壁振动产生的 B．笛声能传播得很远，是由于它的音调高 C．笛声能传遍洛城，说明声音的传播不需要介质 D．作者能听出是笛声，依据的是声音的音色 【解析】A．笛声是由笛子内部的空气柱振动产生的，不是管壁振动，故A错误； B．声音传播得远，是因为响度大，响度越大传播距离越远，和音调无关，故B错误； C．笛声传遍洛城是依靠空气作为介质传播的，声音传播必须依靠介质，真空不能传声，故C错误； D．不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色不同，辨别发声体依靠的就是音色，因此作者能听出是笛声依据的是声音的音色，故D正确。 故选D。 课堂练习 1. 钢琴调音师在调音前会用音锤敲击音叉，以此作为标准音来判断被调试琴弦的振频。调试好的琴弦与音叉发声时具有相同的（     ） A．响度 B．音调 C．音色 D．波形 【答案】B 【详解】声音的特性中，音调由发声体的振动频率决定，频率相同则音调相同。调音师调整琴弦振频，让琴弦振动频率和标准音叉保持一致，因此调试好的琴弦与音叉音调相同。 故选B。 2．如图是一种能发出超声波的电动牙刷，直达牙刷棕毛刷不到的地方，这样刷牙既干净又舒服。关于电动牙刷发出的超声波。下列说法正确的是（     ） A．超声波不是声波 B．超声波的频率低于20Hz，所以人听不到 C．超声波是由于物体振动产生的 D．刷牙时，人听不到超声波，是因为超声波不能在空气中传播 【答案】C 【详解】A．超声波属于声波，是频率高于20000Hz的声波，故A错误； B．频率低于20Hz的是次声波，超声波的频率高于20000Hz，超出人耳听觉范围所以人听不到，故B错误； C．所有声波都是由物体振动产生的，超声波也由物体振动产生，故C正确； D．超声波可以在空气中传播，人听不到超声波是因为它的频率超出人耳的听觉范围（20∼20000Hz），故D错误。 故选C。 3. 元宵晚会上，航天员王亚平在中国空间站用古筝弹奏了《茉莉花》，为全国人民送上太空音乐祝福，如图所示。下列关于此场景说法正确的是（     ） A．轻轻拨动古筝长短不同的琴弦，发出声音的音调相同 B．用同样的力拨动琴弦，粗弦比细弦发出声音的响度大 C．观众不看电视画面也可以通过音色判断演奏乐器为古筝 D．观众听到的音乐声，是由航天员手指振动产生的 【答案】C 【详解】A．音调由发声体的振动频率决定，长短不同的琴弦振动频率不同，发出声音的音调不同，故A错误： B．响度由振幅决定，用同样的力拨动琴弦，振幅相近，响度近似相同；粗弦和细弦的差异是音调不同，故B错误； C．音色是不同发声体的特有性质，不同乐器发出声音的音色不同，因此观众可以通过音色判断出演奏乐器为古筝，故C正确。 D．古筝发出的声音是由琴弦的振动产生的，故D错误。 故选C。 4．物理上常通过声波的波形图来反映声波的特点。如图所示，根据甲、乙两个音叉振动时发出声音的波形图，下列判断正确的是（ ） A．甲音叉比乙音叉振动得快 B．甲音叉比乙音叉发声的音调低 C．甲、乙两音叉发声的频率相同 D．甲音叉发声的响度比乙音叉发声的响度大 【答案】A 【详解】A．声音是由发声体振动产生的，由波形图可知，相同的时间内甲音叉振动的次数多，甲音叉振动快，故A正确； B．振动越快，音调就越高，甲音叉振动快，甲音叉发声的音调高，故B错误； C．发声的频率表示发声体振动的快慢，甲音叉振动快，甲音叉发声的频率高，故C错误； D．响度是由发声体的振幅决定的，两个音叉振动幅度相同，所以响度相同，故D错误。 故选A。 5. 如图所示，塑料刻度尺的一端被紧压在桌面上，另一端伸出桌面；拨动刻度尺使之振动，听刻度尺振动时发出的声音。 （1）实验时，若手没有紧贴桌边压住刻度尺，则会同时听到塑料刻度尺振动产生的声音和敲击________发出的声音。 （2）保持塑料尺伸出的长度不变，用大小不同的力拨动。用较大的力拨动时，塑料尺振动的_________较大，听到声音的_______较大。 （3）改变塑料尺伸出桌面的长度，用同样大小的力拨动，是为了探究声音的________和振动的________的关系。 【答案】(1)桌面；(2) 振幅；响度；(3)音调；频率 【详解】（1）声音是物体的振动产生的，手压住塑料刻度尺时，若手没有紧贴桌边压住刻度尺，刻度尺会敲击桌面，因此会同时听到刻度尺振动和敲击桌面发出的声音。 （2）保持伸出长度不变，用较大的力拨动时，塑料尺振动的振幅较大，振幅决定响度，因此听到声音的响度较大。 （3）改变塑料尺伸出桌面的长度，用同样大小的力拨动，塑料尺振幅相同，塑料尺发出的响度相同，塑料尺伸出桌面的长度不同，振动频率不同，音调不同。因此是为了探究声音的音调和振动的频率之间的关系。 6. 金属管风铃在微风吹过时会发出悦耳的声音。小海想探究金属管发出声音的频率与长度、直径的关系。他选取了材料与管壁厚度相同的3根直管，将它们用细线悬挂，敲击后，测出各自发出声音的频率，数据如表： 编号 长度/cm 直径/cm 频率/Hz 1 20 1.5 2131 2 20 2.0 1685 3 30 2.0 1284 （1）根据表中编号1、2的数据，可得：金属管发出声音的频率与________有关。 （2）若想探究金属管发出声音的频率与长度的关系，应选择编号2和编号_____的数据。 （3）若要发出音调更高的声音，应选用直径更________、长度更________的直管。 【答案】(1)直径 (2)3 (3) 小 短 【详解】（1）编号 1、2 的长度相同，直径不同，频率不同， 说明金属管发出声音的频率与直径有关。 （2）探究金属管发出声音的频率与长度的关系，需要控制直径相同，改变长度。 编号 2 直径是 2.0cm，所以要选直径同为 2.0cm、长度不同的编号3的数据。 （3）音调由频率决定，频率越高音调越高； 对比 1、2：长度相同时，直径越小，频率越高； 对比 2、3：直径相同时，长度越短，频率越高； 所以要音调更高，应选用直径更小、长度更短的直管。 板书设计 第2节 声音的特性 一、响度 1. 响度：声音的强弱程度叫做响度。 2. 影响因素：与振幅、距离声源的远近有关。 3. 波形图：响度越大，振幅越大；响度越小，振幅越小。 二、音调 1. 声音的高低叫做音调。 2. 影响因素：频率决定声音的音调。 3. 波形图：音调高的波形密集。 4. 频率：振动物体在一定时间内振动的次数与所用时间的比，数值上等于单位时间内振动的次数。单位是赫（HZ）。 5. 超声波和次声波：把频率高于20000Hz的声波叫做超声波；频率低于20Hz的声波叫做次声波。 三、音色 声源的材料、结构等不同，它们发出声音的音色不同，音色也是声音的一种特性。 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 $