科学探究方法在声现象中的应用

1、科学探究方法在声现象中的应用声现象中的探究实验较多，在突出科学探究内容的剛寸，还要重视对研究方法的指导, 使同学们在进行科学探究，学习物理知识的同时，形成科学探究能力。与此相关的探究实验 及方法，逐渐成为考查的重要内容。一、用控制变量法探究影响声音音调的因素我们在研究物理问题时，某一物理量往往与多个因素有关，为了确定该物理量与各个不 同因素z间的关系，就需要控制某些因素，使它们保持不变，只改变其小的一个因索从而寻 找出该物理量与这个因素z间的关系，这就是“控制变量法”。“控制变量法”是物理科学 探究中最常用的一种方法。运用控制变量法的一般步骤是：1.假设变屋（a、b、c）； 2.选 择研究变量

2、（a）； 3.确定控制变最（b、c）。例1在学习吉它演奏的过程中，小华发现琴弦发出的声咅的咅调高低是受各种因素影 响的，他决定对此进行探究。经过和同学们讨论，捉出了以下猜想：猜想1：琴弦发出的声音的音调高低,可能与琴弦的横截面积有关;猜想2：琴弦发出的声咅的咅调高低,可能与琴弦的长短有关;琴弦发出的声音的音调高低,可能与琴弦的材料有关。为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列9种规格的琴弦。编号材料长度/cm横截面积/mm2a铜600. 76b铜600. 89c铜601. 02d铜800. 76e铜f铜1000. 76g钢801. 02h尼龙801. 02i尼龙1001. 02因为咅调的高

3、低取决于声源振动的频率，于是他们又借来一个能够测最振动频率的仪器 进行实验。（1）为了验证猜想1,应选用编号为进行实验。的琴弦为了验证猜想2,应选用编号为验。的琴弦进行实表中有的材料规格还没有填全，为了验证猜想3,必须知道该项内容。请你在表中填上 所缺数据。（2）随着实验的进行，小华乂觉得琴弦音调的高低，可能还与琴弦的松紧有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是：o解析：首先要从给定的文字信息上，明确彩响声音的几个可能因素：材料、弦的长短、 弦的横截而积、拔弦用力人小、弦的松紧程度，然示根据表格屮的信息解决木题。对于猜想 1的验证，需要控制“材料、弦的长短、拨弦用力大小、弦的松紧程度”相同，改

4、变“弦的 横截面积”；对于猜想2的验证，需要控制“材料、弦的横截面积、拨眩用力人小、弦的松 紧程度”相同，改变“弦的长短”:对于猜想3的验证，需要控制“弦的长短、弦的横截面 积、拨弦用力大小、弦的松紧程度”和同，改变“材料”；对于（2）问，同样是这样思考。因此，掌握“控制变量法”是解答本题的关键。答案：（1） a. b. c； a. d. f； 80、1. 02。（2）取上述任意编号的一种琴弦，调整其松紧程度，用同样的力分别拨动琴弦，比较 其音调的高低，然后分析得出结论。例2用如图所示的实验来“探究决定声音高低的因素”。将钢尺-端紧压在桌而上， 拨动伸出桌边钢尺的另一端，听它振动发出的声音。改

5、变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动。 注意使两次的振动幅度人致相同。钢尺伸出桌面越长，钢尺振动得越,音调也越o这说明音调和频率之间的关系是o解析：本题实验设计思维方法运用了控制变量法。应用控制变量法的习题有两类：一种 是应用控制变量法去分析实验数据，在归纳物理量与某一因素的关系时，应控制其他因素的 数据相同。另-种是应用控制变量法去设计实验，实验设计过程中只改变影响物理量的某一 因素，其他因素应该控制相。由于声音有三个特征，而各特征由不同的因素所决定，所以在“探究决定声音高低的因 素”时应控制影响声咅咅色的因素、控制影响声咅响度的因素，即实验时使用同一根钢尺、 让钢尺振动幅度相同，只改变钢尺振动的

6、频率.通过实验发现钢尺两次的振动幅度人致相同 时，随着钢尺伸出桌面的长度变化，其振动的快慢也随之变化，相对应的咅调也发生了变化。答案：慢，低，声源的振动频率越人音调越高二、用转换法探究影响声音响度的因素借助具他辅助仪器，将不易观察的微小量或不易直接测量的物理量转换为易观察、易测 量的物理量，这种设计实验、研究问题的方法叫做转换法。例3将系在细线上的乒乓球靠近音叉，用如图所示的装置来“探究声音产生”。（1）用小锤敲击音叉，既能听到音叉发出的声音，又能观察到,通过实验现象得出的结论是o（2）若加大敲击音叉的力度，音叉发出的声音,看到乒乓球,这说明解析：这个实验探究采用了 “转换”的思想。“转换法”

7、是把看不见、摸不着的东西, 或者不易直接观测认识的问题，转变成能看得见、有明显效果的现彖来研究的方法，它是声 现象的探究中经常采用的方法么一。转换法作为一 种思维方式吋常在分析、解决问题吋用到。木题探究声音的产纶，目的在于说明声音山物体的振动而产生，振动幅度越人声音的响 度也越大。为此，设计实验、观察现象就要围绕“发声的音叉在振动”这个目标。但音叉的 振动不易观察到，1何音叉振动幅度的变化就更不易比较。轻质小球被正在发声的音叉反复弹 起，说明发声的音叉在振动。实验把音叉的微小振动，转换成了轻质小球的摆动，把微小的 振动放大了，便于观察。将不易观察到的咅叉的振动转化为乒乓球的振动，这为顺利“探究

8、 声音产生”解决了难题。答案：（1）乒乓球的振动，发声的物体在振动；（2）响度变大，振动的幅度变大，声音 的响度随振动幅度的变大而变强。三、用观察比较法探究声音的产生所谓观察比较法就是在对各种物理现象、物理实验进行观察的基础上,和认定的标准（或 对象）进行比较而得岀结论的一种方法。运用观察比较法的一般步骤是：1认定标准（法 则）；2.观察现象（对象）；3.将观察到的现象与认定的标准进行比较；4.得出结论。例4聂利同学从十万个为什么书上知道：蜜蜂的嗡嗡声来自翅膀的振动。可冇一 天她来到养蜂场，发现箱外的蜜蜂似乎在休息，并没启振动翅膀，可嗡嗡声不绝于耳。后又 发现蜜蜂歇在花上,翅膀一动不动，仍冇嗡

9、嗡的声咅。她感到很疑惑,难道书上写错了吗? 于是她决定用实验的方法去研究她做了下表中“剪去蜜蜂双翅”的实验，发现蜜蜂的嗡 嗡声没有变化。经观察，她发现蜜蜂嗡嗡叫时，蜜蜂双翅根部的两个“小黑点”在鼓动。她 猜想：“小黑点”町能就是蜜蜂的发声器官.于是她又做了下表中刺破蜜蜂双翅根部“小黑 点”的实验，发现蜜蜂不再发声。请简要回答下列问题：实验名称实验总 数死亡数发声数量声音人小剪去蜜蜂双翅的实验8只2只6只没有变化刺破蜜蜂双翅根部“小黑” 的实验8只2只0只没有声音（1）根据聂利同学的实验研究，关于蜜蜂的发声你可得出什么结论?（2）我们从聂利同学的研究过程屮可以学到什么？解析：在本题中，认定的标准

10、是：发声的物体在振动；观察到的现象是：蜜蜂的翅膀没 有振动，而刺破蜜蜂双翅根部“小黑点”后发现蜜蜂不再发声；通过比较可以推测“小黑 点”才是发声体,由此得出结论：蜜蜂的发声不是靠翅膀的振动,而是靠“小黑点”的振动。答案：（1）蜜蜂的发声不是靠翅膀的振动；（2）学习他尊重事实，不迷信权威，敢于质 疑，执着探究，仔细观察，多做实验等。四、用推理法探究声音的传播条件“理想推理法”就是对一些受到限制而不能完全达到实验要求的情况，通常采用研究其 变化趋势，观察当条件越来越接近耍求时，现彖会怎样变化。即在实验事实的基础上，通过 合理的分析想象，直至归纳总结得出结论或规律的一种思维方法。例5如图所示：随着玻璃罩内的空气被逐渐抽出，电子闹铃的声音逐渐变小直至听不 到，这说明声咅可以在中传播，而不能在屮传播。小明同学在做该实验时，虽然听到的铃声逐渐变小，但始终都能听到铃声。请你分析原因可能是：解析：此题为我们展示了 “实验分析推理”这样一个探究科学问题的思维程 序。要研究声咅不能在真空中传播，但实验时很难达到绝对的真空，因此，可以在实验的基 础上，进行合理的推理，从而使我们对事物的认识深入本质。研究当玻璃罩内的空气越来越 少，越來越接近真空时，声音会越來越小，从而推断出如果是真空会听不到声音。当玻璃罩内的空气没有抽吋，能听到闹