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用数据破解“声音高低”教学中的疑难问题 [复制链接]

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用数据破解“声音高低”教学中的疑难问题

 

  台州市路桥区横街小学  王金荣


 


611日,省教研室主办的小学科学疑难问题研训活动在湖州举行。“声音高低” 教学成了与会教师、专家争论的焦点,尤其是教材中“敲击有水的玻璃杯”产生的声音高低,大家讨论到会议结束,由于没用确切的数据,各自心中仍有不同的答案。期间,区教研员林涌老师说,喻老师的观点应该是正确的,因为他以前用“虚拟示波器”测过,杯子里水少时发出的声音高,但具体数据一时不记得了,也不能说服大家。晚上回到宾馆,林老师打开虚拟仪器软件,倒了一杯水(图1),开始敲击。当连续敲击玻璃杯时,“虚拟示波器”上的频率计数据就会定格,最后显示2045赫兹。当把水倒掉2/3时(图2),用同样的方法测试,频率定格在2304赫兹。林涌老师用不同的力度,连续测了三次,得出的数据都与第一次相同,同时也证明了用力大小不影响声音的高低,说明此“测音软件”还是值得信赖的。通过分析实验数据,“声音高低”的结论很明显:敲击同样的玻璃杯,里面水少,发出的声音高;水多,发出的声音低。


动手实验和科学技术的有效结合,林涌老师用实验数据破解了“声音高低”教学中的疑难问题。


此方法仅大家参考,抛砖引玉,相信大家还会有更多的方法来破解“声音高低”教学中的疑难问题。


附:“虚拟示波器”下载地址:http://www.lqjys.org/Item/3586.aspx


 


 

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图为林涌老师用测音软件在测敲击水少的玻璃杯时发出的声音


图为林涌老师用测音软件在测敲击水多的玻璃杯时发出的声音



 

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    “敲击盛有水的杯子,到底是水浅音高,还是水多音高?”,这个问题在浙江省2010年小学科学疑难问题解决研训活动中激起了热烈的讨论。要搞清楚这个问题,我觉得首要的是要确定敲击时是谁在发声。之前对这个问题在网上查了许久,主要有三种观点:1.认为是杯子上部的空气振动发声,即水越多音调越高;2.认为是杯子和水一起振动发声,即水越多音调越低;3.认为是杯子上部的玻璃振动发声,认为水阻碍了下部玻璃的振动,认为是水越多音调越高。
    究竟哪一种观点是正确的呢?我非常赞同喻老师的观点,即要以实验结果为准。但大家又对敲击时声音的高低产生分歧。用仪器测定敲击时声音的频率是最有说服力的方法,实际上我们并不需要复杂的仪器,网上有一种虚拟示波器软件就能解决这个问题。“虚拟仪器”是一个基于声卡的虚拟示波器软件,它就一个执行文件,非常简单,但功能齐全,免去了我们购置的仪器的麻烦,只需一台装有声卡的电脑就可以了,装在笔记本电脑上使用最方便。以下是我用虚拟示波器测试的结果:




    从图上看,结果一目了然:水满时声音频率为2045赫兹,频率小、音调低;水浅时声音频率是2304赫兹,频率大、音调高。
    怎么解释这个结果呢?杯子里面装的水决定了杯子的质量,质量越大,被敲击后自身的震动频率越小,音调就越低。我们还可以从理论上得到支持,简谐振动的周期公式为:T=2π√(m/k) ,由此公式可知质量越大,振动周期越大,其频率就越低,加水就相当于增加了杯壁的质量,所以振动频率就低了,音调也就低了。




[此贴子已经被作者于2010-6-15 17:11:32编辑过]

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怎样使用,是不是要连接麦克风
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以下是引用专攻科学在2010-6-14 22:35:00的发言:
怎样使用,是不是要连接麦克风

不用的

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谢谢楼主推荐的这个软件,刚在我也测试了,可以很清晰地测出数据。但发现数据不止一个。比如:


空杯子:不管敲杯壁还是杯口,都是3036


有较多水时:敲杯壁是2713、敲杯口是4457(数据显示的时间要短一些)


有较少水时:敲杯壁是3014、敲杯口是4737(数据显示的时间要短一些)


 


我的实验结果(两种结果同时存在)


一种是 “空杯子时最高,水越多音越低,”


另一种是 “水越多音越高,水越少音越低,空杯子时音最低”


(注:我用的玻璃杯的底部较厚,不知是不是这个有影响)


[此贴子已经被作者于2010-6-15 9:30:28编辑过]

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这样的探索精神非常好,值得我们学习!


 


希望大家群策群力,把这个疑难问题的谜底彻底揭开。

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去下载这个"虚拟示波器"试试,找找杯壁和杯口不同的震动物体.这个软件真棒,好兴奋!

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