3.2 探究乐音的特性--2025-2026学年教科版八年级上册物理教学课件

3.2 探究乐音的特性学习目标明确乐音的概念，知道乐音与噪声的区别，能从生活中区分乐音和噪声。通过实验探究，理解音调的高低与发声体振动频率的关系，知道频率的单位及影响频率的因素。通过实验探究，理解响度的大小与发声体振动振幅及距离发声体远近的关系，能描述振幅的概念。知道音色是乐音的重要特性，了解音色与发声体的材料、结构等因素有关，能利用音色区分不同的发声体。培养设计和完成实验的能力，提高观察、分析和归纳实验现象的能力，激发对声现象探究的兴趣。情境导入播放两段音频：一段是优美的钢琴演奏曲，另一段是杂乱无章的机器轰鸣声。提问：大家听了这两段声音，感觉有什么不同？引导学生说出钢琴演奏曲听起来悦耳动听，是乐音；机器轰鸣声嘈杂刺耳，是噪声。引出主题：乐音有其独特的特性，本节课我们就来探究乐音的特性。乐音与噪声乐音：物理学中，把发声体做规则振动时发出的声音叫做乐音。乐音听起来悦耳动听，如乐器演奏的声音、歌唱家的歌声等。噪声：发声体做无规则振动时发出的声音叫做噪声，它听起来嘈杂刺耳，如机器的轰鸣声、汽车的鸣笛声等（与 3.1 节中噪声的物理学定义相呼应）。区别：乐音的振动是有规律的，噪声的振动是无规律的；乐音通常给人愉悦的感觉，噪声则会让人感到烦躁。探究音调与频率的关系提出问题：乐音的音调高低与什么因素有关？猜想与假设：根据生活经验，猜想音调的高低可能与发声体振动的快慢有关，振动越快，音调越高。实验器材：直尺（或钢尺）、桌子、不同齿数的齿轮、硬纸片、示波器（可选）。实验方案：方案一（利用直尺）：将直尺的一端紧压在桌面上，另一端伸出桌面一定长度，用相同的力拨动直尺伸出桌面的一端，观察直尺振动的快慢，并听声音的音调高低。改变直尺伸出桌面的长度，重复上述操作，比较不同长度时直尺振动的快慢和音调的高低。方案二（利用齿轮和硬纸片）：使不同齿数的齿轮以相同的转速转动，用硬纸片分别与不同齿数的齿轮接触，听硬纸片发出声音的音调高低，并观察硬纸片振动的快慢（齿轮齿数越多，硬纸片振动越快）。实验现象：方案一中，直尺伸出桌面越短，振动得越快，发出声音的音调越高；直尺伸出桌面越长，振动得越慢，发出声音的音调越低。方案二中，齿轮齿数越多，硬纸片振动越快，发出声音的音调越高；齿轮齿数越少，硬纸片振动越慢，发出声音的音调越低。分析与结论：发声体振动的快慢用频率表示，频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。即乐音的音调高低由发声体振动的频率决定。频率相关知识：频率的定义：物体每秒内振动的次数，单位是赫兹（Hz）。人耳的听觉范围：20Hz - 20000Hz，频率高于 20000Hz 的是超声波，低于 20Hz 的是次声波，人耳都听不到。举例：儿童的声带振动频率较高，发出的声音音调高；成年男性的声带振动频率较低，发出的声音音调低。探究响度与振幅的关系提出问题：乐音的响度大小与什么因素有关？猜想与假设：猜想响度的大小可能与发声体振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大；还可能与距离发声体的远近有关。实验器材：鼓、鼓槌、碎纸屑（或泡沫小球）、音叉、细线、乒乓球、刻度尺。实验方案：方案一（利用鼓）：在鼓面上撒一些碎纸屑，用不同的力敲击鼓面，观察鼓面振动的幅度（碎纸屑跳动的高度）和听到声音的响度大小。方案二（利用音叉）：用细线将乒乓球悬挂起来，使乒乓球刚好接触正在发声的音叉，用不同的力敲击音叉，观察乒乓球被弹开的幅度和听到声音的响度大小。方案三（探究与距离的关系）：用相同的力敲击音叉，使音叉发出声音，人站在不同的距离处听声音的响度大小，比较不同距离时响度的差异。实验现象：方案一中，用力越大，鼓面振动幅度越大（碎纸屑跳动越高），听到的声音响度越大；用力越小，振动幅度越小，响度越小。方案二中，敲击音叉的力越大，音叉振动幅度越大，乒乓球被弹开的幅度越大，听到的声音响度越大；力越小，振动幅度越小，响度越小。方案三中，人离音叉越近，听到的声音响度越大；离音叉越远，响度越小。分析与结论：发声体振动的幅度叫做振幅，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。在振幅相同的情况下，距离发声体越近，响度越大；距离越远，响度越小。即乐音的响度大小与发声体振动的振幅和距离发声体的远近有关。振幅概念：物体振动时偏离原来位置的最大距离叫做振幅，振幅是表示振动强弱的物理量。探究音色与发声体材料、结构的关系提出问题：不同的发声体发出的乐音，即使音调和响度相同，听起来也不一样，这与什么因素有关？猜想与假设：猜想这可能与发声体的材料、结构等因素有关。实验器材：不同材质的乐器（如钢琴、小提琴、笛子、吉他等）、音频播放器（播放不同乐器演奏同一音符的音频）、示波器（可选）。实验方案：用不同的乐器（如钢琴和小提琴）演奏相同音调、相同响度的音符，仔细聆听它们的声音差异。用音频播放器播放不同乐器演奏同一音符的音频，对比它们的声音特点。（可选）用示波器观察不同乐器发出声音的波形图，比较波形的差异。实验现象：不同乐器演奏相同音调、相同响度的音符时，听起来的感觉不同，各具特色；示波器显示的波形图也各不相同。分析与结论：不同发声体的材料、结构不同，发出乐音的音色就不同。即音色由发声体的材料、结构等因素决定。实例：钢琴和小提琴的材料和结构不同，所以它们的音色不同，我们能很容易区分开来。不同的人说话，声带的材料和结构存在差异，音色不同，因此我们能通过声音分辨出不同的人。乐音特性的应用音调的应用：弦乐器（如小提琴、吉他）通过改变弦的长短、粗细、松紧来改变振动频率，从而改变音调。弦越短、越细、越紧，振动频率越高，音调越高。管乐器（如笛子、箫）通过改变空气柱的长度来改变振动频率，空气柱越短，振动频率越高，音调越高。响度的应用：扩音器可以增大声音的振幅，从而增大响度，使声音传播得更远。医生用的听诊器，通过减少声音的分散，增大声音的响度，使医生能更清晰地听到病人内脏的声音。音色的应用：利用不同乐器的音色差异，组成丰富多彩的交响乐。语音识别技术利用人的音色不同，来识别不同的人。质量检测中，通过听机器发出声音的音色，判断机器是否存在故障。课堂活动：制作简易乐器并探究其特性活动任务：小组合作，利用身边的材料（如吸管、橡皮筋、饮料瓶、纸盒等）制作一个简易乐器（如吸管笛、橡皮筋琴等）。制作要求：制作的乐器能发出不同音调或不同响度的乐音。探究内容：探究如何改变自制乐器发出乐音的音调，并分析原因（如改变吸管的长度、橡皮筋的松紧等）。探究如何改变自制乐器发出乐音的响度，并分析原因（如改变吹气的力度、拨动橡皮筋的力度等）。展示与交流：各小组展示自制的乐器，演示如何改变音调、响度，并分享探究过程和发现，其他小组进行评价和提问。随堂练习乐音的三个特性是______、和。往热水瓶里倒水时，随着水位的升高，听到声音的音调（ ）A. 越来越高B. 越来越低C. 保持不变D. 无法判断关于响度，下列说法正确的是（ ）A. 响度只与发声体振动的振幅有关B. 响度与发声体振动的频率有关C. 距离发声体越远，响度越大D. 振幅越大，响度越大我们能区分钢琴和小提琴的声音，是因为它们的（ ）不同。A. 音调B. 响度C. 音色D. 频率用相同的力拨动同一把吉他的不同琴弦，发出声音的______不同，这是因为琴弦的______不同。答案音调；响度；音色ADC音调；粗细（或长度、松紧）总结乐音是发声体做规则振动时发出的声音，具有音调、响度和音色三个特性。音调由发声体振动的频率决定，频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。响度与发声体振动的振幅和距离发声体的远近有关，振幅越大、距离越近，响度越大。音色由发声体的材料、结构等因素决定，是区分不同发声体的重要依据。通过实验探究和制作简易乐器，加深了对乐音特性的理解，提高了实验探究能力和动手实践能力。清脆的鸟鸣嘹亮的军号高亢的鸡鸣沉闷的牛哞低沉的鼓声轰鸣的发动机声3.实验探究：音调跟声源振动快慢的关系（1）比较两根橡皮筋振动的快慢和音调的高低先拨动绷紧的细橡皮筋，再拨动绷紧的粗橡皮筋，观察先后两次发声时橡皮筋振动快慢及声音的特点，记录在表格中.（2）比较刻度尺振动的快慢和发声的音调 归纳总结 音调由声源的振动频率决定.声源振动快，频率高，音调就高；声源振动慢，频率低，音调就低.教材深挖1.我们常说的“女高音”“男低音”中的“高”“低”指的都是音调.一般来说，儿童说话的音调比成人高，女孩的音调比男孩高.2.通常情况下，发声体越大、越重，振动的频率越低，音调越低，发出的声音越低沉；发声体越小、越轻，振动的频率越高，音调越高，发出的声音越尖细.4.不同音调的波形图用计算机（或示波器）显示两个音叉发出的声波图形，如图所示.典例1 回顾实验和探究（请将下列实验报告中的空缺部分填写完整）：探究影响音调高低的因素.控制变量快高振动[解析] 在桌面上撒些碎纸片，敲击桌子，发现桌子发声的同时，碎纸片被弹起，由此证明声音是由物体振动产生的，碎纸片起到了放大实验现象的作用．1.响度 物理学中，听觉上感到的声音强弱程度叫作响度. 平常我们说的“高声喧哗”“低声细语”都是指响度.2.实验演示：响度与声源振动幅度的关系如图所示，先后重击、轻击同一音叉，用麦克风接收声音，将声音信号传到计算机或示波器，观察音叉发出声 波的波形图有什么不同.当我们用力敲击音叉时，音叉振动的幅度大，声音就强，这表明响度是与声源振动的幅度相关的.振动幅度大，响度就大；振动幅度小，响度就小. 3.振幅 物理学中用振幅（物体振动时偏离原位置的最大距离）来描述物体振动的幅度.4.不同响度的波形图5.影响响度的其他因素人听到的声音是否响亮，除了跟声源的振幅有关，还跟人与声源的距离有关.典例2 [菏泽期末]如图所示，为了使所有学生都能更清楚地听到老师讲课的声音，老师上课时常常使用扩音器，扩音器改变了声音的( ) A.音调B.响度C.频率D.速度B[解析] 老师上课时使用扩音器，是为了使声音的响度变大，这样教室后边的同学也能清晰地听到老师讲课.1.音色 同一人的音色会随年龄的增长及饮食、起居、健康、训练等因素而变化.2.不同音色声波的波形图辨析比较乐音三特性的区别3.三种乐器知识点1 音调1. [传统文化][2023·无锡]如图是我国最早的乐器之一“埙”，吹奏时能发出宫、商、角、徵、羽五音，相当于现在的do、re、mi、sol、la。五音是指声音的(　B　)B2. 甲、乙音叉的形状差不多，分别标有“256 Hz”“512 Hz”字样，先后用相同的力度敲击它们，甲、乙两音叉相比(　B　)B3. 为了探究声音的音调，同学们用钢尺分别进行了以下操作，如图所示。(1)拨动钢尺，观察到钢尺伸出桌面的部分在振动，同时听到钢尺拍打桌面发出的声音，这是由于小明采用了图 (填“甲”或“乙”)所示的实验操作方法。乙　(2)规范实验操作后，将钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌面，为了探究声音的音调与频率之间的关系，应保持拨动钢尺的力大小不变，改变钢尺 ⁠ ，发现钢尺伸出桌面越 ，振动的频率越高，发出声音的音调越 (填“高”或“低”)。伸出桌面的长度短　高　知识点2 响度4. [2023·连云港]AI智能音箱已广泛应用于新能源汽车，它让用户以语音对话的交互方式实现多项功能的操作。当对 AI智能音箱发出调大声音的指令时，音箱就自动改变声音的 ，音箱内部扬声器振动的幅度 ⁠。响度　变大　5. [2024·福州期末]放烟火是中国民间古老的节日民俗活动，是以火药为基础发展起来的。烟花升入空中绽放出光彩，好几公里内的人都能看到。离燃放烟花点近的人听到的声音响度 (填“大于”或“小于”)离燃放烟花点远的人，这说明声音响度的大小与 有关。大于　人与声源的距离　知识点3 音色6. [传统文化][2023·永州]唐诗《枫桥夜泊》中的诗句“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”，客船上的人能辨别出传来的是钟声，是根据声音的(　A　)A知识点4 波形图7. [2023·内江期中]如图所示是声波的波形图，下列说法正确的是(　C　)　　由图可知，甲、乙的振动的频率相同，故音调相同，因为波形不相同，所以音色不相同，故A错误；由图可知，丙、丁的频率和振幅都不相同，故音调和响度都不相同，故B错误；由图可知，甲、丁的振动频率相同，故音调相同，因为波形相同，故音色相同，故C正确；由图可知，乙、丙的波形不同，故音色不同，振幅相同，故响度相同，故D错误。【答案】C【点拨】8. [古代科技]如图是中国古代的计程车——“记里鼓车”。当车走一里时，车上的木人就敲一下鼓，当车走十里时，车上的木人就敲一下镯(古代的乐器)，人们确定车行驶了一里还是十里是根据鼓和镯发声有不同的(　C　)C【点拨】　　人们确定车行驶了一里还是十里是根据鼓和镯发声有不同的音色。9. [航天科技]如图所示，王亚平在“天宫”弹奏古筝，分别拨动古筝的八号弦、十三号弦，用同一设置的相机拍摄到两弦最左摆到b处，最右摆到c处，静止时在a处。测出每振动880次，八号弦用时2 s，十三号弦用时4 s，则八号弦(　C　)【点拨】 【答案】C10. [2024·烟台期中，多选]如图所示，小明同学用相同的玻璃瓶灌入不同高度的水制作水瓶琴，并用小木棒敲击瓶口和用嘴对着瓶口吹两种方式为同学们演奏美妙乐曲。下列说法正确的是(　BCD　)　　敲击有水的玻璃瓶时，声音是由玻璃瓶和水振动产生的，故A错误；敲击时，瓶内的水越少，振动频率越高，音调越高，所以，最右侧瓶子发出声音的音调最高，故B正确；用不同的力对着同一瓶口吹气时，空气柱的长度相同，但空气柱的振幅不同，所以可以改变声音的响度，故C正确；同学们听到的乐曲声是通过空气传播的，故D正确。【点拨】【答案】BCD11. 近年来，短视频产业的发展如火如荼，某短视频软件将正常录制的音频和视频通过应用程序以3倍的速度快速播放，从而达到“短”的目的，此时声波的频率也为正常声音的3倍，则此短视频中的声音与正常声音相比，音调 (填“变高”“变低”或“不变”)，传播速度 (填“变大”“变小”或“不变”)。【点拨】　　由题可知，声音的频率变为原来的3倍，所以频率变高，音调变高；声音的传播速度与音调无关，所以声音的传播速度不变。变高　不变　12. [科学探究]在学习小提琴的过程中，小明和同学们发现弦乐器的琴弦发出声音的音调受很多因素的影响。他们决定对其进行探究，经讨论后提出以下猜想：猜想一：琴弦发出声音的音调与琴弦的材料有关；猜想二：琴弦发出声音的音调与琴弦的长度有关；猜想三：琴弦发出声音的音调与琴弦的横截面积有关。为了验证以上猜想是否正确，他们找到了一些不同规格的琴弦，如表所示：(1)为了验证猜想一，应选用编号为 ⁠的两根琴弦进行实验。(2)为了验证猜想二，小明选用了编号为1、3的两根琴弦进行实验，你认为小明 (填“能”或“不能”)得出实验结论，理由是 ⁠ ⁠。1、4　不能　没有控制琴弦的横截面积相同(3)为了验证猜想二和猜想三，表格中至少还需要补充的内容：(a) ，(b) ⁠。(4)上述实验所运用的研究问题的方法主要是 法。60　0.5(或40；1.0)　控制变量(5)随着实验的进行，小明又觉得琴弦发出声音的音调的高低还与琴弦的松紧程度有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是 ⁠ ⁠。改变琴弦的松紧程度，用相同大小的力拨动同一根琴弦比较音调