利用DIS探究聲音規(guī)律

利用DIS實(shí)驗(yàn)探究聲音規(guī)律摘要：DIS實(shí)驗(yàn)具有操作簡單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)繪圖等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用DIS實(shí)驗(yàn)將能將聲音轉(zhuǎn)化為圖像，有助于學(xué)生理解聲音的三要素、認(rèn)識(shí)波形圖，并且起到豐富實(shí)驗(yàn)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的作用。關(guān)鍵詞：DIS實(shí)驗(yàn)、聲現(xiàn)象、“聲現(xiàn)象”是八年級(jí)物理教材第一章的內(nèi)容，由于聲音往往聽得見看不著，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中使用觀察法、放大法探究聲音規(guī)律。隨著DIS實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)展與普及，在教學(xué)中可以采用DIS中聲音傳感器實(shí)現(xiàn)聲音波形圖的實(shí)時(shí)采集，把聲音轉(zhuǎn)化成可以實(shí)際觀察與測量的圖像。以下就采用DIS實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)聲音的規(guī)律做初步探究。DIS實(shí)驗(yàn)器材：聲傳感器，音叉組，共鳴箱，計(jì)算機(jī)，A4紙等.探究聲音音調(diào)與頻率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)操作步驟：將聲傳感器與數(shù)據(jù)采集器接入電腦，打開DIS軟件選擇通用軟件。將聲波傳感器放入共鳴箱的共鳴腔中，敲擊共鳴箱上方的音叉，觀察形成的波形圖像。換一組頻率不相同的音叉與共鳴箱，重復(fù)上述步驟，觀察波形圖像。兩次采集的波形圖分別為圖1、圖2。運(yùn)用“鼠標(biāo)顯示坐標(biāo)”的功能，測量出振動(dòng)N個(gè)1周期所用時(shí)間求出振動(dòng)周期的平均值，再根據(jù)圖頻率與周期的關(guān)系ft，計(jì)算兩支音叉實(shí)際振動(dòng)頻率，比較二者的頻率大小與音調(diào)的高低。通過計(jì)算得出兩支音叉的振動(dòng)頻率分別為441Hz與257Hz,與音叉標(biāo)注的頻率為440Hz與256Hz,測量的準(zhǔn)確度比較高。人耳也能明顯的辨別出頻率高的音叉音調(diào)高，頻率低的音叉音調(diào)低。探究聲音響度與振幅的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟:將聲傳感器放入共鳴箱中，用不同大小的力敲擊音叉，得到圖3，圖4所示的兩次波形圖像。結(jié)合自身體驗(yàn)和圖3,圖4中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，第一次用較大的力敲擊音叉，發(fā)出聲音的響度大，振動(dòng)的幅度大；第二次，敲擊的力小，振幅小，響度低。并且可以通過計(jì)算兩次音叉的振動(dòng)頻率，發(fā)現(xiàn)雖然敲擊音叉的力大小不同，但振動(dòng)頻率相同。借此幫助學(xué)生辨別響度和頻率的區(qū)別。探究樂音與噪聲的區(qū)別蘇科版八年級(jí)物理第一章“聲現(xiàn)象”中對(duì)噪音與樂音從物理學(xué)角度做了定義，樂音：發(fā)聲體做規(guī)則的振動(dòng)發(fā)出的聲音，波形是有規(guī)律的。噪聲：發(fā)聲體做無規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音，波形是無規(guī)則的。根據(jù)這樣的定義，音叉發(fā)出的有規(guī)律的聲音就是樂音。制造噪音并且記錄下噪音的波形圖可以采用如下的方式。實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將聲傳感器與數(shù)據(jù)采集器接入電腦，打開DIS軟件選擇通用軟件。（2） 在距聲傳感器比較近的位置無規(guī)律的揉搓A4紙。記錄此時(shí)的波形圖。揉搓紙張時(shí)發(fā)出聲音的波形如圖5所示，可以看出噪音的不行雜亂無章。制造噪音的方式有很多種，例如：用鐵定化玻璃，敲打桌面等等都可以用來制造噪聲。圖5探究聲音的共鳴共鳴是指發(fā)聲器件的頻率如果與外來聲音的頻率相同時(shí)（即音調(diào)相同），則它將由于共振的作用而發(fā)聲，如兩個(gè)頻率相同的音叉靠近，其中一個(gè)振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，另一個(gè)也會(huì)發(fā)聲。但是產(chǎn)生共鳴的音叉振幅較小，人耳不容易辨別，在傳統(tǒng)的課堂上會(huì)用線懸掛一個(gè)乒乓球接觸發(fā)生共鳴的音叉，小乒乓球發(fā)生跳動(dòng)，以此說明產(chǎn)生了共鳴。選用DIS實(shí)驗(yàn)儀器不僅可驗(yàn)證共鳴現(xiàn)象，并且可以進(jìn)行定量的研究。實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將聲傳感器與數(shù)據(jù)采集器接入電腦，打開DIS軟件選擇通用軟件。（2） 選取兩只相同共鳴箱a和b，相對(duì)放置，將兩只頻率為440Hz的音叉分別插在共鳴箱a與b上。（3） 將聲傳感器放入共鳴箱b的共鳴腔中。（4） 敲擊共鳴箱a上的音叉，并點(diǎn)擊“開始”。（5） 一段時(shí)間后用手捂住共鳴箱a與音叉，使其停止振動(dòng)并將兩者移開。（6） 觀察記錄下的波形（圖6）可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)移開共鳴箱a后，共鳴箱b仍在發(fā)聲。探究聲波的合成與干涉波的疊加是高中物理知識(shí)的一個(gè)難點(diǎn)，課堂教學(xué)中常常運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)是水波的干涉，但水波是在二維的水面上發(fā)生干涉，得到的圖形比較復(fù)雜。運(yùn)用DIS實(shí)驗(yàn)儀器，演示聲波的疊加與干涉可以簡化實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度，通過DIS的繪圖功能將波的疊加與干涉清晰的呈現(xiàn)。5.1聲波的合成實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將聲傳感器與數(shù)據(jù)采集器接入電腦，打開DIS軟件選擇通用軟件。（2） 將頻率為440Hz和256Hz的音叉插兩支共鳴箱上在作為聲源，并排放置，聲傳感器放置在兩只共鳴箱中間。（3） 同時(shí)敲擊兩支音叉，并點(diǎn)擊“開始”。（4） 觀察記錄下的波形（圖7）。試驗(yàn)中的兩支音叉頻率分別為440Hz和256Hz，其各自振動(dòng)發(fā)聲的波形圖即為圖1、圖2。兩支音叉振動(dòng)發(fā)聲后，聲波疊加產(chǎn)生的波形如圖7所示。圖75.2聲波的干涉實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將聲傳感器與數(shù)據(jù)采集器接入電腦，打開DIS軟件選擇通用軟件。（2） 將兩支頻率為440Hz的音叉插兩支共鳴箱上在作為聲源，并排放置，聲傳感器放置在兩只共鳴箱中間。（3）同時(shí)敲擊兩支音叉，并點(diǎn)擊“開始”，可觀察到聲音圖線中的振幅忽高忽低;（4）點(diǎn)擊“停止”，對(duì)X軸進(jìn)行壓縮，可使圖線明顯反映出聲波疊加現(xiàn)象（圖8）。圖8兩支音叉的頻率相同，聲音傳播的方向相反，聲波由于干涉而形成的波節(jié)A、B、C,波節(jié)與波節(jié)之間的時(shí)間差相等。從波形圖中也能發(fā)現(xiàn)，受到阻力的作用音叉振幅減小的過程?？偨Y(jié)DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有操作簡單，數(shù)據(jù)采集快速、準(zhǔn)確，其“組合圖形”的功能將傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)化成圖形，省去了原本繁瑣的作圖過程。在對(duì)聲音規(guī)律的探究實(shí)驗(yàn)中通過聲傳感器將聲音轉(zhuǎn)化成圖形的形式，方便測量、計(jì)算、探究，有效的延伸了人感覺器官的功能。八年級(jí)剛接觸物理的同學(xué)將聲音的強(qiáng)弱、咼度與振動(dòng)的振幅大小、