機械振動和機械波

1、機械振動和機械波·聲學的初步知識·教案  一、教學目標1在知識方面的要求:(1)了解聲音是一種機械波；(2)了解樂音的三個要素；(3)了解聲音的共鳴現(xiàn)象；(4)了解噪聲的危害；(5)了解次聲波和超聲波的應(yīng)用。2在水平方面的要求:自己閱讀課文的水平。3在思想方面的要求:加強對噪聲實行控制的環(huán)保意識。二、重點、難點分析1重點是聲波作為機械波的一些特征:縱波、聲速、波長及聽覺的頻率范圍。2難點是對樂音三要素的理解。三、教具兩個頻率相同的音叉，金屬環(huán)，乒乓球，細線，錄音機和錄好的磁帶(一段音樂，一段噪聲，李雙江的我愛五指山的最后高音部分)，玻璃罩，鬧鐘，裝在一個軸上的四個

2、齒輪，硬紙。四、主要教學過程復習干涉、衍射的條件是什么？引入新課提問:聲音是怎樣產(chǎn)生的？聲音本身又是怎么回事？教學過程設(shè)計一、聲波1聲源演示實驗(1)讓學生一邊說話，一邊用手摸咽喉，感覺聲帶的振動。(2)敲擊音叉使其發(fā)聲提問:音叉發(fā)聲時是否也在振動呢？讓懸在線上的乒乓球靠上正在發(fā)聲的音叉，觀察乒乓球被彈開，說明音叉發(fā)聲時也在振動。(3)生活中的其它例子彈琴時看到、觸摸到琴弦的振動；用手摸打開的收音機的喇叭，或打開的電視機的音箱，都能感覺到振動。說明:其實，我們聽到的各種聲音都是由于振動產(chǎn)生的，雖然有的振動我們看不見。這些振動發(fā)聲的物體就是聲源。當然，氣體和液體也能振動發(fā)聲，如管樂器就是空氣柱的

3、振動發(fā)聲。2聲波聲源是怎樣產(chǎn)生聲音的呢？振動的音叉，它的叉股向一側(cè)振動時，壓縮臨近的空氣，使這部分空氣變密；叉股向相反方向振動時，這部分空氣又變疏。這種疏密相間的狀態(tài)靠空氣的相互作用由聲源向外傳播，形成聲波，傳入人耳，使鼓膜振動，就引起聲音的感覺。其實，人耳只能聽到20Hz20 000Hz的振動，低于20Hz或高于20 000Hz的振動就不能引起人類聽覺器官的感覺。提問:從聲波的形成中我們能看出什么問題呢？(1)聲波是縱波；(2)聲波的傳播需要介質(zhì)。介質(zhì)能夠是空氣，也能夠是固體、液體。提問:你能舉出一些固體、液體傳聲的例子嗎？敲擊桌子時，耳朵貼在桌子上聽到更響亮的聲音，這是從桌面直接傳來的聲音

4、；關(guān)嚴窗戶，還能聽到聲音，由于玻璃能傳聲；有首唐詩曰:“蓬頭稚子學垂綸，側(cè)坐莓苔草映深。行人借問遙招手，怕得魚驚不應(yīng)人。”人說話會嚇跑魚，說明聲音能進入水中繼續(xù)傳播。沒有介質(zhì)就沒有聲音。實驗演示:把鬧鐘放到玻璃罩里，用抽氣機抽出罩內(nèi)空氣，就聽不到鬧鐘的聲音?？梢?，聲音是在空氣或其它介質(zhì)中傳播的一種機械波。介質(zhì)的性質(zhì)不同。聲波在其中傳播的波速也會不同。聲音在空氣中的傳播速度一般取340 m/s，在水里的傳播速度約是空氣里的4倍半，在金屬中更快。為什么說“聲音在空氣中的速度一般取340m/s”呢？由于空氣的溫度不同，聲速也不同。如0時為332m/s，20時為344m/s，30時為349m/s。聲音

5、是一種機械波，就該有機械波的一般性質(zhì)。提問:波都有哪些性質(zhì)呢？答:干涉、衍射和反射。3聲波的干涉和衍射實驗:取兩個頻率相同的音叉，發(fā)出的聲音互相干涉。學生在座位上左右移動頭部位置可聽到聲音的強弱變化。提問:同學們在生活中遇到過聲波的衍射現(xiàn)象嗎？學校鈴聲一響，你在哪里都能夠聽得到聲音繞過了障礙物。波發(fā)生明顯衍射是有條件的，聲波滿足明顯衍射的條件嗎？請計算一下聲音的波長范圍。這個波長跟一般物體的尺寸相差不多，能夠發(fā)生明顯衍射。4聲波的反射你見過聲波的反射嗎？試舉一些例子。在山谷里、大院子里或大的房間里能聽到回聲，就是聲波的反射現(xiàn)象。那么，在教室里說話沒有回聲，是不是說明此時聲波不發(fā)生反射呢？不是。

6、聲波遇到障礙物都會被反射，但能否聽到回聲跟我們的聽覺特點相關(guān)系:回聲到達人耳比原來的聲音滯后0.1秒以上，我們才能把它們區(qū)分開。如果滯后時間小于0.1秒，我們就無法區(qū)別它們而認為是一個聲音。據(jù)此，同學們計算一下距離障礙物至少多遠才能聽到回聲？另外，打雷時雷聲連續(xù)不斷也是雷聲被障礙物不斷反射造成的。北京天壇的回音壁也是利用聲音的反射造成的，充分顯示了我國勞動人民的智慧。二、樂音1樂音和噪聲播放一段錄好的音樂和噪聲。提問:它們的區(qū)別是什么？樂音：好聽悅耳的聲音叫樂音。噪聲：嘈雜刺耳的聲音叫噪聲。指出：樂音和噪聲是按主觀感覺分的，但它們客觀上也是有差別的。樂音是由周期性振動的聲源發(fā)出的；而噪聲是由無

7、規(guī)則的非周期性振動的聲源發(fā)出的。2音調(diào)聽李雙江的我愛五指山結(jié)尾處的高音部分。李雙江能唱這么高，在國內(nèi)的男高音中為數(shù)不多。這里的“高”，指的是什么呢？音調(diào)。音調(diào)的高低在物理上的差別是什么呢？實驗：取裝在同一根軸上的四個齒輪，自上而下齒數(shù)分別為80、60、50、40不等。當這四個齒輪一起旋轉(zhuǎn)時，用一張硬紙片接觸不同的齒輪，發(fā)現(xiàn)齒數(shù)越多的齒輪，音調(diào)越高。而齒數(shù)越多，振動發(fā)聲的頻率就越高?？梢?，聲源的振動頻率越高，音調(diào)越高。男人聲帶寬而厚，振動頻率低，所以聲音低沉；女人聲帶窄而薄，振動頻率高，所以聲音尖細。3聲強和響度提問：說話的嗓門有大有小，這是聲音的什么不同呢？答：振幅不同。聲源的振幅越大，聲波傳

8、遞的能量越多，確切地說，單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的能量越多。在聲學中，單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的能量叫做聲強。但人們發(fā)現(xiàn)，即使聲強相同，頻率不同的聲音引起人們強弱的感覺也是不同的。我們把人們主觀感覺到的聲音強弱叫響度。響度從主觀感覺上描述聲音強弱，而聲強是從客觀上描述聲音的強弱。響度跟音調(diào)不同，比如女同學說悄悄話，響度很小，但音調(diào)依然較高；而男生即使大聲喊，音調(diào)還是較低。4音品兩個人唱歌，即使完全按歌譜來唱，響度也一樣，我們還是聽著不同，這是為什么呢？實驗表明，各種樂器發(fā)出的并不是單一頻率的純音，而是由頻率和振幅各不相同的純音組成。如鋼琴發(fā)出一個頻率為100

9、Hz的音，實際發(fā)現(xiàn)它由16個頻率不同的純音組成，頻率最低的是100Hz，它的響度最大，其它純音是100Hz的整數(shù)倍，響度各不相同。換用黑管也發(fā)出100Hz的聲音，發(fā)現(xiàn)它頻率最低的也是100Hz且響度最大，但其它純音的數(shù)量、頻率、振幅與鋼琴不同，所以二者聽起來不同。這里，頻率最低的音叫基音，其余頻率的音叫泛音。正是泛音的多少、泛音頻率的振幅大小，決定了不同的樂器各有特色，具有不同的音品。音調(diào)、響度和音品叫樂音的三要素。5聲音的共鳴實驗演示：取兩只頻率相同的音叉，使它們音箱的開口相對靠近放置。用橡皮槌敲擊音叉A，稍停用手按住A，聽到音叉B發(fā)出聲音。提問：怎么解釋這種現(xiàn)象？與學生一起給出一個說明。實驗演示：給音叉B箍上一個金屬環(huán)，重復剛才的實驗，聽不到B發(fā)音。提問：為什么這樣？指出：剛才的B受振發(fā)音屬于共振現(xiàn)象，振動比較強烈，能夠發(fā)聲。這種聲音的共振現(xiàn)象叫聲音的共鳴。后一個實驗改變了B的固有頻率，不能再引起共鳴。講劉賓客嘉話錄中的故事。三、噪聲的危害和控制1從環(huán)境保護的角度講，什么是噪聲？2試列出幾條噪聲的危害，你有哪些體會？你覺得噪聲危害大嗎？3你所遇到的噪聲來源于什么？4怎樣控制噪聲？四、超聲波及其應(yīng)用提出問題，讓學生通過閱讀自己回答。問題如下：1什么是次聲波？什么情況下會產(chǎn)生次聲波？它有哪些應(yīng)用？2若聲納向海底發(fā)出超聲波脈沖后t時間