初中物理“聲現(xiàn)象”幾個演示實驗裝置的改進

劉 燕

(新余市第四中學(xué) 江西 新余 338001)

我們每天都生活在聲音的海洋里，在滬粵版八年級物理上冊有一節(jié)“我們怎樣聽見聲音”的內(nèi)容，由于聲音可聽不可見，同時聲音的產(chǎn)生與傳播的物理原理都非常抽象，學(xué)生很不易理解.基于各校學(xué)生的具體情況不同，我校仍需要教師在課堂上做演示實驗.由于我校實驗器材的局限性，課本上的實驗方案在實際操作中效果很不好，為此，筆者對課本上的幾個實驗進行了改進，在教學(xué)中能很好地突破重難點[1～3].

1 探究“聲音的產(chǎn)生條件”實驗裝置的改進

在探究“聲音的產(chǎn)生條件”這一環(huán)節(jié)中，平時教學(xué)中我校教師都是利用敲擊音叉發(fā)聲然后再讓音叉與乒乓球接觸，如圖1(a)所示.通過音叉發(fā)聲時觀察到乒乓球晃動了，由此得出“發(fā)聲的音叉在振動”這一結(jié)論.對于這一方案，筆者認為有不足之處——乒乓球太輕，容易受風(fēng)的影響而晃動.基于這個原因，筆者設(shè)計以下實驗裝置加以改進.

創(chuàng)新方案一：

(1)實驗主要器材及制作

音叉、小木槌、小鏡片、激光筆、自制支架.先將準(zhǔn)備好的音叉用釘子固定在支架的一端，再用雙面膠將小鏡片粘貼在音叉的一邊，然后把激光筆固定在自制支架另一端的木制槽中,如圖1(b)所示.

(2)操作過程

開啟激光筆后，讓光束對準(zhǔn)小鏡片.當(dāng)不敲擊音叉時，觀察到墻壁上有一個圓形的光斑,如圖1(c)所示，用小木槌敲擊音叉，此時墻壁上的光斑變成了一條線段.換更大的力敲擊音叉，聽到的聲音更響，同時觀察到線段也更長,如圖1(d)所示.敲擊完音叉隨后立即用手握住音叉，發(fā)現(xiàn)音叉立即停止發(fā)聲，同時墻壁上的線段又變回圓形光斑.利用改進后的實驗裝置進行教學(xué)，能讓學(xué)生很好地理解“聲音產(chǎn)生的條件是振動，振動停止發(fā)聲立即停止”這一知識點.改進后的裝置穩(wěn)定，不易受外界因素的干擾，操作方便，能明顯把音叉的微小振動放大化.

2 探究“真空能否傳聲”實驗裝置的改進

在探究“真空能否傳聲”這個實驗時，我校目前教學(xué)中仍是采用傳統(tǒng)的真空玻璃罩、電動抽氣機、鬧鐘、學(xué)生電源等來進行實驗教學(xué)(如圖2所示).

(a) (b) (c) (d)

圖2 探究“真空能否傳聲”實驗裝置

但利用這套實驗裝置教師來做演示實驗卻存在很多不足之處：

(1)電動抽氣機噪音太大而且笨重，很不方便攜帶，操作起來也不方便.

(2)玻璃罩與抽氣盤的密封效果也不好，導(dǎo)致實驗效果很不明顯.

(3)該實驗裝置不能進行學(xué)生分組實驗，不便于讓每個學(xué)生都參與到實驗中來.考慮到以上幾點，筆者制作了如下裝置改進教學(xué)方案，以便能更好地完成本節(jié)課的實驗教學(xué).

創(chuàng)新方案二:

(1)實驗主要器材

500 mL大注射器、120分貝的蜂鳴器、7號電池6節(jié)、音樂賀卡上的小開關(guān)、輪軸、壓面機上的手柄、支架等.

(2)制作方法

先用大頭針在注射器的橡膠活塞上打兩個小孔，再用極細導(dǎo)線穿過小孔，導(dǎo)線的一端連接蜂鳴器，另一端與外面的電池及開關(guān)相連.電路連接完畢之后，再用玻璃膠將電池及開關(guān)固定在注射器活塞的凹槽內(nèi)，如圖3所示.

圖3 注射器活塞凹槽內(nèi)固定電池及開關(guān)

鑒于容量太小的注射器抽氣效果不好，而容量太大的注射器用手向外拉活塞時，外界大氣壓在活塞上產(chǎn)生的壓力非常大，用兩手很難把活塞拉動.最后經(jīng)過多次改進，筆者利用輪軸、壓面機上的手柄、8 mm的細鋼絲繩連接500 mL大容量注射器的活塞，然后再把它們一起組裝到支架上，如圖4所示.

圖4 筆者改進后的實驗裝置

(3)操作過程

1)閉合開關(guān)，將安裝在活塞上的蜂鳴器接通.

2)把活塞向上推到頂部，直到里面封閉一定空氣時用夾子夾住管口.

3)用力搖動壓面機上的手柄將活塞慢慢向下拉，此時里面的空氣越來越稀薄，聽到的聲音越來越小. 由此可得出“聲音的傳播需要介質(zhì)”，并利用實驗推理法進一步推理出“真空不能傳聲”的實驗結(jié)論.

改裝后的實驗裝置，在實際教學(xué)中既可以用幾十支注射器開展學(xué)生分組實驗(如圖5)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和探究精神；又可以將注射器組裝到支架上單獨做演示實驗，效果直觀又明顯.

圖5 學(xué)生實驗

3 演示“聲音傳播的形式”實驗裝置的改進

平時我們每天都能聽見各種聲音，但聽到的聲音卻看不到摸不著.產(chǎn)生的聲音是以何種形式傳播出去的呢？聲音的傳播形式在本節(jié)內(nèi)容中是一個教學(xué)難點，平常教學(xué)中為了突破這個難點，我校教師們一般都是按教材上傳統(tǒng)的方案，將話筒與示波器相連，然后把聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，在示波器上顯示聲音的波形進行實驗教學(xué)，如圖6所示，但利用這種方案來做演示實驗同樣存在不足之處——這種顯示聲音傳播形式的方法對于初二的學(xué)生來說不夠直觀形象，學(xué)生無法直觀地看到聲音傳遞的整個過程，為此筆者又設(shè)計了一些裝置來改進教材上的教學(xué)方案[4,5].

圖6 示波器顯示聲音波形實驗教學(xué)

創(chuàng)新方案三：

(1)實驗主要器材

單音頻發(fā)射器、音響、泡沫小顆粒、一端封閉的有機玻璃管、支架、洗衣袋等.

(2)制作方法

先在音響的喇叭上用玻璃膠粘一塊木板，木板上挖一個和有機玻璃管差不多大的小孔，使聲音更加集中，再用螺絲將單音頻發(fā)射器和音響連接成為一個整體，如圖7所示.

圖7 單音頻發(fā)射器和音響

(3)操作過程

1)將泡沫小顆粒裝入管內(nèi)，再用洗衣袋和橡皮筋把管口封住.

2)將裝好泡沫顆粒的有機玻璃管放到支架上，然后將管口對準(zhǔn)音響的喇叭.

3)打開電源，管內(nèi)的泡沫顆粒開始由近向遠振動起來，其振動形式就像水波一樣一圈一圈地向外傳，如圖8所示. 利用改進后的這一實驗裝置進行實驗教學(xué)，學(xué)生能特別直觀形象地看到聲音傳遞的整個過程，很好地突破了聲音的傳播形式這個教學(xué)難點.

圖8 聲波在泡沫顆粒中傳播

4 演示“固體傳聲”實驗裝置的改進

本節(jié)課在探究“固體能否傳播聲音”時，平時課堂我校教師通常是利用學(xué)生敲擊桌子來感知固體桌子是否傳聲？由于課堂上所有同學(xué)同時操作受外界的干擾大，實驗效果不佳.為此，筆者利用學(xué)生現(xiàn)有的復(fù)讀機再配上壓電陶瓷片制成簡易的骨傳導(dǎo)助聽器.

制作方法及操作過程：將復(fù)讀機上的音頻數(shù)據(jù)線一端與壓電陶瓷片焊接在一起，如圖9所示，然后把數(shù)據(jù)線插入復(fù)讀機.打開復(fù)讀機開關(guān)播放音樂，旁邊的同學(xué)聽不到；此時讓學(xué)生甲雙手捂住耳朵，另一學(xué)生乙將自制助聽器的壓電陶瓷片分別放到學(xué)生甲的額骨，顴骨，脊椎骨，頜骨等骨骼部位進行聽聲實驗,如圖10所示，學(xué)生均能清晰地聽到音樂聲，由此可以得出“固體也能傳播聲音”這個結(jié)論.改進后的實驗裝置貼近生活，同時增加了課堂的趣味性，能很好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性.

圖9 “固體傳聲”實驗裝置改進

圖10 聽聲實驗

5 使用效果

改進實驗方案后的這些教具取材容易、操作簡單，現(xiàn)象直觀明顯.利用改進后的裝置很好地解決了將本節(jié)課堂教學(xué)中原本抽象化的聲音變?yōu)榭梢暬?；同時將可見度小的振動進行放大化；把無趣的課堂教學(xué)也趣味化.總之，在滬粵版八年級物理上冊2.1節(jié)“我們怎樣聽見聲音”這一課中使用以上改裝后的實驗裝置進行課堂教學(xué)，取得了很好的實驗教學(xué)效果.同時，筆者利用這些裝置在參加江西省實驗教學(xué)大賽中，榮獲全省第一名.