第2节 声音的特性（导学案）初中物理人教版（2024）八年级上册 第二章 声现象（解析版）

第2节声音的特性（导学案）【学习目标】1.通过实验探究理解声音三要素（响度、音调、音色）的物理意义；建立声速与介质关系的概念模型，能用波形图分析声音特性。（物理观念）2.运用控制变量法设计探究音调与频率关系的实验方案；通过对比不同乐器的频谱图，发展证据推理能力。（科学思维）3.通过示波器观测声波波形，测量振幅与频率。（科学探究）4.基于声纹识别技术的应用案例探讨技术伦理辩证思维的培育路径。（科学态度与责任）【学习重点】1.明确声音的三个特性及其影响因素，即音调与频率、响度与振幅、音色与发声体的关系。2.能用声音特性的知识解释日常生活中的声学现象。【学习难点】1.理解频率、振幅等抽象概念，以及它们与声音特性之间的内在联系。2.区分音调与响度，避免在实际应用中混淆这两个概念。【自主预习】阅读教材第37页《声音的特性》，完成以下问题：一、音调1.概念：物理学中，把声音的高低称为音调。声音清脆、尖细指音调高；声音粗犷、低沉指音调低。2.频率：概念：发声体每秒钟振动的次数叫频率，用字母f表示。物理意义：用来描述物体振动的快慢。单位：频率的国际单位是赫兹，简称赫，用符号Hz表示。若发声体1s振动的次数为100次，则其频率为100Hz。3.影响因素：音调的高低与频率有关，发声体振动频率越快，音调越高；振动频率越慢，音调越低。4.人耳听觉范围：多数人能够听到的声音频率范围为20Hz到20000Hz。超声波：频率高于20000Hz的声音，人耳听不到。次声波：频率低于20Hz的声音，人耳听不到。二、响度1.概念：物理学中，把声音的强弱叫做响度。2.振幅：概念：物体振动的幅度。关系：物体振动时，偏离平衡位置的最大距离越大，振幅就越大。3.影响因素：振幅：发声体的振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。距离发声体的远近：距离发声体越近，听到声音的响度越大；距离发声体越远，听到声音的响度就越小。声音的分散程度：声音越集中，响度越大；声音越分散，听到声音的响度越小。三、音色1.概念：不同发声体发出声音特有的品质。2.决定因素：发声体的材料和结构。3.作用：音色是区别不同发声体的主要标志。【探究新知】探究一、音调1.实验探究：决定声音高低的因素【提出问题】声音的音调高低和什么因素有关？【设计方案】控制变量法：控制钢尺的振动幅度不变，只改变钢尺伸出的长短（改变钢尺振动的频率）。 如图所示，将一把钢尺按紧在桌面上，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，使钢尺两次振动的幅度大致相同，再次拨动。【实验步骤】①把钢尺紧压在桌上，使钢尺的1/4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2/4、3/4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。振动部分长度振动快慢音调高低3/4钢尺长慢低2/4钢尺长快高1/4钢尺长最快最高【实验结论】音调的高低与发声物体的频率有关。振动得越快，发出的声音音调高；振动得越慢，声音音调低。2.频率（1）定义：物体1s振动的次数叫频率。用符号f表示.（2）单位：赫兹，符号是Hz.如物体1s内振动了50次，则这个物体振动的频率f=50Hz.（3）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。（4）音调和频率的关系频率决定声音的音调。频率越高、音调越高；频率越低、音调越低。3.音调与波形图【典例1】为了探究音调与什么因素有关，小明设计了下面几个实验，如图所示，你认为不能够完成探究目的的是（）A．硬纸板接触齿数不同的齿轮 B．改变钢尺伸出桌边的长度C．改变硬纸板划过梳子齿的速度 D．用发声的音叉接触水面时，水花四溅【答案】D【详解】A．硬纸板接触齿数不同的齿轮，硬纸板振动的频率不同，发出声音的音调不同，故A不符合题意；B．改变钢尺伸出桌边的长度，钢尺振动的频率不同，发出声音的音调不同，故B不符合题意；C．用硬纸板在梳子齿上以不同速度划动时，硬纸板振动的频率不同，发出声音的音调不同，故C不符合题意；D．用发声的音叉接触水面，水花四溅，说明声音是由物体的振动产生的，故D符合题意。故选D。4.超声波和次声波（1）可听声：多数人能够听到的声音频率范围为：20Hz～20000Hz。（2）超声波：把高于20000Hz的声波叫作超声波，因为它们超过人类听觉的上限。（3）次声波：把低于20Hz的声波叫作次声波，因为它们低于人类听觉的下限。（4）声：声音、超声波、次声波统称声。注意：声与声音的区别声音是指人耳能听的见的，可听声；声包括可听声和不可听声。【典例2】某种昆虫靠翅膀振动发声，如果它的翅膀在4分钟内振动了96000次，则它的振动频率是Hz，人类（选填“能”或“不能”）听到该频率的声音。【答案】400能【详解】[1]翅膀在4分钟内振动了96000次，则它的振动频率是[2]人类能听到的频率范围是20Hz~20000Hz，400Hz在范围内，所以能听到。探究二、响度1.响度：指声音的大小2.探究响度的影响因素【设计实验】将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开的幅度。使音叉发出不同响度的声音，重做上面的实验。【进行实验】（1）把系好乒乓球的细线拴在铁架台上，用正在发声的音叉轻触乒乓球，观察乒乓球被弹开的幅度；（2）用大小不同的力敲击音叉，使音叉发出响度不同的声音，重做上面的实验，观察乒乓球被弹开的幅度。【分析与论证】分别用不同的力敲击时，听两次音叉发出声音的强弱，观察两次小球被弹开的幅度；用力越大，乒乓球被弹开的幅度越大，声音的响度也越大。【实验结论】声音的响度与物体振动的幅度有关，物体振动的幅度越大，产生声音的响度也越大。3.振幅物理学中用振幅来描述物体振动的幅度。物体的振幅越大，产生声音的响度越大。4.响度与波形图5.影响响度大小的因素（1）振幅：发声体的振幅越大，产生声音的响度越大。（2）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。(3)减少声音的发散，如听诊器、喇叭口等。【典例3】医生用听诊器检查病人心脏跳动主要是为了（）A．适当改变心脏跳动频率，使音调变高B．减少声音的分散，增大声音的响度C．缩短和病人之间的距离，增大声音的响度D．可以增大心脏跳动振幅，使响度增大【答案】B【详解】心脏跳动频率和心脏跳动振幅是由心脏决定的，医生用听诊器检查病人心脏跳动时不能改变心脏跳动频率和心脏跳动振幅；医生用听诊器检查病人心脏跳动时，人耳和病人的心脏有适当的距离，也没有缩短人耳和病人之间的距离，而是使病人心跳的声音通过听诊器的橡胶管传入人耳，减少了声音的分散，使声音变得更集中，从而增大了声音的响度，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。探究三、音色1.定义：音色又称音质或音品，它指声音的特色。2.音色与波形图分别用吉他、钢琴与萨克斯发出的C调1（do）的声音的图像，比较它们的图像有什么相似和不同。从波形可知：三者的波形整体上疏密程度相同，即音调相同，振幅也相同，即响度相同，但波的形状不相同，即音色不同。3.影响音色的因素（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。【典例4】如图所示声波的波形图，下列说法正确的是（）A．甲、乙的音色、响度相同，音调不同 B．甲、丙的音色、音调相同，响度不同C．乙、丁的音色，音调，响度都不同 D．丙、丁的音色相同，音调和响度不相同【答案】D【详解】A．从图中可以看出，相同时间内，甲和乙的波形不同，音色不同，振幅相同，响度相同，故A错误；B．甲、丙的振动的频率不同，故音调不同，波形相同，音色相同，故B错误；C．乙、丁的波形不相同，音色不相同，振动的频率相同，音调相同，振幅相同，响度相同，故C错误；D．丙、丁的振幅不相同，故丙、丁响度不相同；振动的频率不同，音调不同，波形相同，音色相同，故D正确。故选D。探究四、科学世界：乐器和乐音1.乐音许多声音悠扬、悦耳，听到时感觉非常舒服，例如歌唱家的歌声、演奏家演奏的乐曲声。这类声音都是乐音。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。【典例5】CCTV推出一档大型文博探索节目《国家宝藏》，小琳特别关注了“贾湖骨笛”和“曾侯乙编钟”两件国宝，下面说法错误的是（）A．敲击编钟，编钟因振动而发出声音B．轻敲或重敲编钟同一位置，编钟发出声音的响度不同C．吹奏骨笛时，按压骨笛不同位置的气孔，发出声音的音色不同D．悦耳的骨笛声是通过空气传入人耳中的【答案】C【详解】A．声音是由物体振动产生的，用钟锤敲击编钟时发出的声音是由于编钟振动产生的，故A正确，不符合题意；B．用大小不同的力敲击编钟，编钟振动的幅度不同，产生的响度不同，轻敲，响度小，重敲，响度大，故B正确，不符合题意；C．吹奏骨笛时，按压骨笛不同位置的气孔，则发声的空气柱长度不同，振动频率不同，发出声音的音调不同，故C错误，符合题意；D．因声音可以在空气中传播，所以悦耳的骨笛声是通过空气传播到我们耳中的，故D正确，不符合题意。故选C。【课堂总结】总结：声音的特性——音调、响度、音色音调响度音色物理意义指声音的高低（声音的粗细）指声音的强弱（声音的大小）指声音的特色、品质影响因素频率振幅和距发声体的距离材料和结构解题要点题中出现“敲击不同部位”，“改变弦的松紧”，“改变空气柱的长度”，“尖细”，“低沉”等题目中出现“改变用力大小”、“洪亮”、“轻声”、“远近”等字眼题目中出现“模仿”、“分辨”、“区别”等字眼【课堂练习】1．码头上轮船的汽笛声传得很远，是因为汽笛声（）A．频率高 B．音调低 C．响度大 D．传播得快【答案】C【详解】声音的振幅大响度越大传播得越远，汽笛声传得很远，是因为汽笛声响度大，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。2．往保温瓶里灌开水的过程中，听声音就能判断保温瓶里水位的高低，这是因为随着水位升高（）A．音调逐渐升高B．音调逐渐降低C．音调保持不变，响度越来越大D．音调保持不变，响度越来越小【答案】A【详解】往保温瓶里灌开水的过程中，保温瓶里发出的声音是上方空气柱的振动产生的，保温瓶内的水越来越多，空气柱越来越短，越容易振动，频率越大，音调越高，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。3．泰兴黄桥古镇被称为“提琴之乡”，关于琴声说法正确的是（）A．演奏小提琴时，声音是通过空气的振动而产生的B．琴弦的粗细不同，琴弓拨动琴弦时发出声音的音色不同C．用同样的力带动琴弓拨动琴弦，粗弦比细弦音调高D．拨动同一琴弦的力度越大，发出声音的响度越大【答案】D【详解】A．声音是由物体振动产生的，演奏小提琴时，声音是由琴弦振动产生的，故A错误；B．琴弦的粗细不同，相同力度拨动琴弦时，琴弦振动的频率不同，发出声音的音调不同，故B错误；C．用同样的力拨动琴弦，粗弦比细弦振动慢，音调低，故C错误；D．拨动同一琴弦的力度越大，琴弦振动幅度较大，发出声音的响度越大，故D正确。故选D。4．“五一”联欢会期间，小王在演出前调节了二胡弦的松紧程度。他是在调（）A．音调 B．响度 C．音色 D．振幅【答案】A【详解】A．弦的松紧程度决定着振动的频率，频率决定声音的音调，因此小王在演出前调节了二胡弦的松紧程度，他是在调音调。故A符合题意；BD．用力大小能改变弦偏离原位置的大小，改变的是振幅，响度的影响因素是振幅。故BD不符合题意；C．音色的影响因素是材料和结构，改变松紧时，没有改变弦的材料和结构，没有改变音色。故C不符合题意；故选A。5．能区分男高音和男低音的主要依据是（）A．响度 B．音色 C．频率 D．幅度【答案】C【详解】男高音和男低音的主要区别是他们声带振动的频率不同，造成可以达到的音调高低不同，因此，能区分男高音和男低音的主要依据是音调，音调与频率有关，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。6．音乐会上，女中音放声独唱，男高音轻声伴唱。下列关于两人声音的描述，正确的是（）A．女中音比男高音音调低，响度大 B．女中音比男高音音调低，响度小C．女中音比男高音音调高，响度大 D．女中音比男高音音调高，响度小【答案】A【详解】女中音音带的振动频率小，但振动幅度大，所以其声音的响度大但音调低；男高音音带的振动频率大，但振动幅度小，所以其声音的音调高但响度小，故A正确，BCD错误。故选A。7．用木槌敲击同一音叉，一次重敲，一次轻敲，示波器在相