趣味物理實驗 探究影響琴絃音調高低的因素
一、發現並提出猜想
小漢的爸爸會拉二胡。小漢注意到爸爸在拉二胡前總要把二胡的兩個手把仔細除錯,爸爸說這是在調整弦的鬆緊,來改變音調。拉二胡時,小漢注意到爸爸的手指不停地在琴絃上來回移動,同時聽到優美的曲調傳來。小漢還注意到二胡上有兩根弦,一粗一細,在不同的弦上拉發出聲音的的音調不同。那麼,影響琴絃音調高低的因素有哪些?結合上面的觀察小漢提出了以下猜想:
猜想1:琴絃發出聲音的音調高低,可能與絃線的材料有關;
猜想2:琴絃發出聲音的音調高低,可能與絃線的長短有關;
猜想3:琴絃發出聲音的音調高低,可能與絃線的粗細有關;
猜想4:琴絃發出聲音的音調高低,可能與絃線的鬆緊程度有關。
為了檢驗上述猜想是否正確,並進一步探究它們之間的關係,小漢設計了下面的實驗方案。
二、制定計劃和設計實驗
按圖1所示組裝有關器材:將一根尼龍絲的一端拴在桌子一端的腿上,另一端繞過桌邊的小滑輪,掛上幾個鉤碼,並用A、B兩個小木塊將弦支起,用一把塑料三角尺撥A、B間的弦,即可聽見發出的聲音。通過調整A、B之間的距離,可以改變琴絃發聲部分的長短。調整所掛鉤碼的多少,可以改變琴絃的鬆緊。
方法點撥:當要研究的一個物理量與另外幾個物理量都有關係時,為簡化和方便,先研究與其中一個量的關係,而要控制其餘幾個量不變。這種方法叫控制變數法。
三、進行實驗和收集證據
1.研究音調與弦長的關係:
(1)在滑輪下方掛N個鉤碼(三、四個即可),用塑料三角尺撥動AB之間的琴絃;絃線振動將聽到清晰的樂音,記住這個音調。
(2)減小A、B之間絃線的長度,並撥動絃線。注意每次聽到聲音的音調將。
(3)增大A、B之間絃線的長度,並撥動絃線.注意每次聽到聲音的音調將。
2.研究音調與弦鬆緊程度的關係:
(1)使AB間絃線的長度保持不變,滑輪下面的鉤碼仍是N個,撥動絃線,記住這時的音調。
(2)逐漸增加滑輪下面的鉤碼數。撥動絃線,注意每次聽到的聲音音調的變化.發現音調升高時,滑輪下面的鉤碼個數將。
3.研究音調與絃線粗細的關係:
(1)使A、B兩點間的絃線為適當長,在滑輪下方仍掛N個鉤碼,撥動張緊的絃線.記住這時的音調。
(2)再換用較粗和較細的絃線,在滑輪下面的依然懸掛N個鉤碼,撥動張緊的絃線.記住這時的音調.發現絃線越粗,音調越。
4.研究絃線的材料對音調的影響
取兩根粗細相同,但材料不同的絃線,如一根尼龍絲,一根鋼絲,保持A、B間的距離相同,滑輪下面的鉤碼也相同,比較它們發出聲音的音調。
四、分析與論證
根據上述探究,可以初步知道:
(1)保持絃線的粗細和鬆緊程度相同,發音部分的絃線越長,音調越。
(2)保持絃線的粗細和發聲部分的長度相同,絃線越緊,音調越。
(3)保持弦發聲部分的長度和鬆緊程度相同,絃線越細,音調越。
(4)保持絃線的長度、粗細和鬆緊程度相同,絃線發出聲音的音調還與有關。
五、實驗結論
對於絃樂器,音調的高低主要取決與弦的、、、。
六、評估與交流
1.觀察二胡、琵琶、小提琴等絃樂器,看看這些絃樂器是怎麼樣調節弦的長短和鬆緊的?樂器上安裝了幾根弦?粗細程度怎麼樣?實際拉、彈一下,聽聽絃樂器發出的音調的高低是否和實驗探究的幾個因素相一致?
2.用嘴對著一個空瓶子的瓶口吹氣,會引起瓶內空氣柱的振動而發出聲音。取五隻相同的瓶子分別裝入深度不同的水,用嘴分別對著五隻瓶口吹氣。
(1)你聽到聲音的音調相同嗎?為什麼?你能得到什麼結論?
(2)應用你的結論,說明吹笛子時用手指堵住笛孔能產生不同音調的聲音的道理。
選自:《初中物理自制教具》
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