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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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    “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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