[八年级物理上]第1节什么是声音

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[八年级物理上]第1节什么是声音

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[八年级物理上]第1节什么是声音

更新时间：2007-4-16

第1节什么是声音

一本节三维目标要求

1.知识与技能

Ø 初步认识声是由物体的振动发生的，声的传播必需依靠介质，声具有能量。

Ø 了解在不同介质中声的传播速度是不同的，声在固体和液体中的传播速度比在空气中快。

2.过程与方法

Ø 通过观察发声现象，能简单地描述所观察到的发声体的共同特性，培养学生初步的观察、对比和概括能力。

Ø 通过声传播的实验探究，让学生初步学习在观察现象中发现问题，提出问题的能力。

Ø 让学生参与实验探究，初步学习实验探究的方法，体会科学探究的重要性。

3.情感、态度与价值观

Ø 通过本节学习，让学生知道我们生活在声的广袤空间中，声可以表达丰富多彩的情感，通过声可以获取大量的信息。

Ø 使学生初步领略声在人类社会生活中的作用，从而引起对声的好奇，激发求知的欲望。

二重点和难点

声音发生的条件是这一节的重点。

声波是一个难懂的概念，可通过与水波的类比以及设计演示实验使学生初步知道声波是声源的振动在介质中的传播。

三教学实施建议

（一）教学过程

1.情景创设、提出问题

教材中图3-1-1、图3-1-2是让学生知道声是携带能量的，声音是传递信息的一种形式。可让学生看图后，进行思考，讨论一些问题，比如动物都能发声吗?举例说出各种动物(狗、猫、鸟、蝉等)是怎么发出声的?你是怎么会听到声音的?声音是什么?声音有什么作用?让学生自由发挥，其目的是把学生带入声的世界，在讨论中切入本节主题：声的产生和传播。

2.过程展开

（1）观察发声体在振动。

可让学生根据身边的器材例如刻度尺、橡皮筋、纸、塑料薄膜等发出声音，进行体验，并考虑这样的问题：当物体振动时可以听到什么?当物体停止振动还能发出声音吗?让学生用自己的语言描述物体发声时的共同特征，总结出发声的物体都在振动，声音是由物体的振动产生的这一结论。由此学生通过观察、体验与对比、概括，建立声与振动的关系。

对于发声时，振动不明显的现象比如敲击鼓面和音叉发声，可用实验进行演示。将纸屑放在鼓面上，让学生观察敲击鼓面发声时和用手按住鼓面使鼓不发声时纸屑的情况，学生虽然没看到鼓面的振动，但可从纸屑是否被弹起判断鼓面是否在振动；将悬挂的泡沫塑料小球接触音叉，让学生观察音叉发声和不发声时小球的情况，判断音叉是否在振动。进而提出问题：纸屑和小球在什么时候被弹起跳动?也可以让学生用手触摸喉头进行发声，感觉声带在振动。

学生通过直接观察，间接观察和直接触摸感受了发声的物体在振动。为了提高学生学习的兴趣，可举P43动物与声音中的例子，着重指出哪个部位在发出声音，引出声源的概念。

（2)声波

与水波相比较引出声波。教材中进行如下描述：“……这样空气中就形成密疏相间的波动，以鼓面为中心向远处扩展……”可以以鼓心为中心，用两种不同颜色的圆，把空气的密和疏向四周传播形象地画出来。

通过对两种现象进行比较，引出声波的概念。鼓面振动使周围空气振动，并且这个振动由近及远地传播，声波是声源的振动在空气(或其他物体)中的传播。振动的传播，实质是能量的传播，就像小石子在水面激起水波，水波使小纸片上下运动。因为声波有能量，所以声波传入耳中会使耳膜振动，我们就感觉到了声音。

（3）声的传播需要介质

声在空气中能传播，在固体和液体中也能传播。可提些问题，例如为什么运动员在水下能听到音乐进行花样游泳?或让学生自己举例说出固体和液体也能传声。在此基础上再进行实验。然后提出问题：声在真空中能传播吗?学生可进行猜测，教师可以引导他们提出证明猜测正确性的方法。学生可能提出许多方案，只要学生说出把声源放到真空中和不在真空中所产生的情况进行比较，都是正确的，并对其进行鼓励。

教材中安排了“声的传播”的实验探究，其主要目的是让学生通过探究初步认识声不能在真空中传播，声的传播需要介质；电磁波可在真空中传播，电磁波传播不需要介质。

实验过程中可启发学生不断提出问题并思考问题，比如罩内手机的应答声是怎么传到耳中的?当抽气机抽去罩内的空气时手机的应答声音变小，让空气重新进入罩内时，声又变大，这是为什么?为什么始终能看罩内手机屏上信号的显示?鼓励学生根据已有的知识对探究过程现象发生的原因，可进行猜测与讨论，然后再得出结论。如玻璃罩内手机的应答声变化说明声的传播需要介质，声波不能在真空中传播。虽然听不到真空中的手机的应答声，但能看到显示，说明了电磁波可在真空中传播。

船上的人是怎么会听到远处船只航行的声音的?暖气管是怎么把敲击声传遍楼内各处的?通过对这些问题的思考可以让学生进一步了解能听到声音所需要的条件。

教材上的图3-1-10、图3-1-11是为了开拓学生的知识面，并让学生领会到振动并不一定能感到声音；要感到声音，必须要有声源，介质和接收器。

（4)声速

可以通过以下现象向学生提问：田径比赛时发令枪的烟雾和枪声应是同时发生的，为什么远处先看到烟雾后听到枪声?

在讨论交流中让学生知道光和声的传播都需要时间，从而引出声速的概念。但光比声传播的速度快得多，因此远处的观测者先看到烟雾后听到枪声。估测声速时可忽略光传播所需要的时间。测出从看见发令枪冒烟到听到枪声所需要的时间，就可估测出的声速。同时告诉学生这种估测可能会有较大的误差。再让学生想出其他测声速的方案。只要学生说出要测出声速，必需测出声源到接收器的距离和声源振动到被接收器接收所需要的时间，利用v=s/t 就可。

声的传播快慢与哪些因素有关可让学生进行猜测，然后引导学生看声速表，幷对各种不同介质进行比较，知道声速与温度和介质有关，在常温下空气中的声速为340m/s。认识到固体中的声速最大，其次是液体，声音在空气中的传播速度最小。

（5)人耳的听声能力

在学生认识了声音和物体振动的关系的基础上，提出频率的概念。只要学生知道人耳对声的感觉有上下限(20Hz－20 000Hz)，在此基础上，对超声和次声下定义，在“乐音的三个特征”一节中对频率再做更多的了解。

另外，有必要对耳朵的构造进行介绍，并教育学生不要损害耳朵，保护自己的听力。

（二）实验设计与材料准备

图3-1-1

1.实验材料准备

本节教学需要准备的实验材料有等。学生需准备刻度尺、橡皮筋、硬纸片等。

2.实验设计

（1）振动可在空气中传播

如图3-1-1，人对着筒的开口处大声说话，或敲击音叉，由于空气的振动，引起薄膜振动，可以看见小球不断敲击薄膜。说明振动可在空气中传播。

（2）在操作教材第31页演示真空手机声实验时，把手机放入接有电动抽气机的玻璃罩内，要注意密封情况，同时要用减震材料如软绳、橡皮垫等把手机与瓶壁、底座隔开，防止从瓶壁、底座传声。

如果学校没有真空罩实验仪，可做如下实验，体验真空不能传播声音的规律。

实验器材如下：带有橡皮塞的烧瓶一个，系细铁丝的小铃铛一个。

实验方法：把细铁丝的上端穿出橡皮塞，在衔接处涂上真空脂进行密封。把橡皮塞塞到烧瓶上，晃动烧瓶听小铃铛此时的响声。

卸下橡皮塞，向烧瓶内倒入少许水，给烧瓶加热，直到大量水蒸气涌出后停止加热，并迅速塞紧橡皮塞。冷却后水蒸气凝结，瓶中气体稀薄，再摇晃烧瓶听小铃铛的响声，比较两次铃声的变化，可以体会真空不能传播声音的规律。

四、发展空间

（一）“家庭实验室”指导

这个实验也可利用可乐瓶进行制作，做法是：去掉可乐瓶的瓶底，在开口处蒙上塑料薄膜，并扎紧，瓶口对准蜡烛的火焰，敲击塑料薄膜，由于塑料薄膜的振动，压缩空气。靠空气的压擠，可将蜡烛火焰吹灭。

（二）“自我评价”参考答案

1.850 m

五、教学资源

（一）课件

1.声波的产生和传播（参见“教师备课系统”光盘）

2.人是怎样听到声音的（参见“教师备课系统”光盘）

（二）教学视频

1.声具有能量（参见“教师备课系统”光盘）

（三）参考资料

1.声学的发展简史

声音是人类最早研究的物理现象之一。世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。《吕氏春秋》记载，黄帝令伶伦取竹作律，增损长短成十二律；伏羲作琴，三分损益成十三音。三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一，这样听起来都很和谐，这是最早的声学定律。传说在古希腊时代，毕达哥拉斯也提出了相似的自然律，只不过是用弦作基础。

古代对声本质的认识与今天的声学理论很接近。在东西方，都认为声音是由物体运动产生的，在空气中以某种方式传到人耳，引起人的听觉。对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。从那时起直到19世纪，几乎同时代所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体的振动和声的产生原理作过贡献。

声的传播问题很早就受到了注意，早在2000年前，中国和西方就都有人把声的传播与水面波纹相类比。1635年就有人用远地枪声测声速，以后方法又不断改进。1738年，巴黎科学院的科学家利用炮声进行测量，得到0℃时空气声速为332m/s。1827年瑞士物理学家丹尼尔和法国数学家斯特姆在日内瓦湖进行实验，得到声在水中的传播速度是1 435m/s,这在当时“声学仪器”只有停表和人耳的情况下，是非常了不起的成绩。

人耳能听到的最低声强约为10-12W/m2,在1 000Hz时相应的空气质点振动位移约是10-11m，可见人耳对声的接收本领确实惊人。19世纪中就有不少人耳解剖的工作和对人耳功能的探讨，1843年发现著名的电路定律的欧姆提出，人耳可把复杂的声音分解成谐波分量，并按分音大小判断音色的理论。在欧姆声学理论的启发下，人们开展了听觉的声学研究(以后称为生理声学和心理声学)，并取得了重要的成果，其中最有名的是亥姆霍兹的《音的感知》。至今完整的听觉理论还未能形成，目前人们对声刺激通过听觉器官、神经系统到达大脑皮层的过程有所了解，但这过程以后大脑皮层如何进行分析、处理、判断还有待进一步研究。在语言和听觉范围内,理论的研究已导致了很多医疗设备的产生，如装在耳道内的助听器、人工喉、语言合成器、人工耳蜗等。

在封闭空间(如房间、教室、礼堂、剧院等)里面听语言、音乐，效果有的很好，有的很不好，这引起今天所谓建筑声学或室内音质的研究。但直到1900年赛宾得到他的混响公式，才使建筑声学成为真正的科学。

1877年，瑞利（）出版了两卷《声学原理》，书中集19世纪及以前两三百年的大量声学研究成果之大成，开创了现代声学的先河。至今，特别是在理论分析工作中，还常引用这两卷巨著。他开始讨论的电话理论，目前已发展为电声学。

20世纪，由于电子学的发展，使用电声换能器和电子仪器设备，可以产生接收和利用任何频率、任何波形、几乎任何强度的声波，已使声学研究的范围远非昔日可比。现代声学中最初发展的分支就是建筑声学和电声学以及相应的电声测量。以后，随着频率范围的扩展，又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步研究听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言和通信广播的研究，发展了语言声学。

在第二次世界大战中，开始把超声广泛地用到水下探测，促使水声学得到很大的发展。20世纪初以来，特别是20世纪50年代以来，全世界由于工业、交通等事业的巨大发展，出现了噪声环境污染问题，而促进了噪声、噪声控制、机械振动和冲击研究的发展。高速大功率机械应用日益广泛，非线性声学受到普遍重视。此外还有音乐声学、生物声学。多个分支学科的发展逐渐形成了完整的现代声学体系。

2. 我国古代的声学研究

我国是世界上的文明古国．根据对现存的有关古书及文物的考证可以看出，我国古代有关声学方面的知识是从制造、使用乐器开始的．早在公元前11世纪的商代，我国已能制造石磬(音qing)和成套的铜铙(音n60)等乐器．经过对河南安阳大司空村出土的商代后期铜铙的研究，可以推测当时已具有现代十二音律中的九律，并已有了五度谐音的概念．

根据<汉书·律历志)记载，在西周后期(公元前11世纪)已用各种质料制作乐器，提出所谓“八音”，即

土曰埙匏曰笙皮白鼓竹曰管

丝曰弦石曰磬金曰钟木曰祝

中国是世界上制造乐钟最早的国家．编钟是我国古代的一种重要乐器．1978年在湖北随县出土战国时代曾侯乙编钟，附有钟架、配件，精美罕见．墓葬时间为公元前433年．全部3层，64件，总重超过2 500kg．这套编钟总音域跨五个八度，可以演奏出完整无缺的半音阶．

公元前4—3世纪间成书的《墨经》中有大量的有关声学方面的记载．其中有一段关于利用挖地井埋缸听测地声的记录．这种方法，现代仍在使用．

我国东汉时期的思想家王充(约2～99)在《论衡》中曾有关于喉舌鼓动空气而发声的叙述．到了明朝，著名学者宋应星明确提出声波的概念．他在《论气·气声篇》中指出“气体浑沦之物……冲之有声焉，飞矢是也；振之有声焉，弹弦是也”．

明朝朱载墒(1536～1614)发明了音律中的十二平均律．他的《律学新说》发表于1584年，比欧洲最早提出十二平均律的梅尔生早52年．朱载□在计算时，小数点后精确到第25位．他的工作受到德国杰出物理学家亥姆霍兹的高度评价．可惜，由于封建社会的局限，朱的十二平均律被认为是异端邪说而被扼杀了．

在我国，一些古建筑中还有一些巧妙地利用声音反射、共鸣特性的．其中最著名的就是北京天坛的回音壁、三音石、圆丘．此外还有山西永济县的莺莺塔．

（王德昭、应崇福、李启虎、张家禄）

图3-1-2

3.人是怎么发声的

人的发声系统如图3-1-2所示。人的声带就像琴弦，在说话或唱歌时，人迫使空气从肺向上通过喉部，喉有两块折叠的组织叫声带，这些受到挤压的空气冲过声带并使之产生振动，当声带合拢时，中间的空气被压缩；声带分开时，中间的空气又变稀薄。使空气产生了疏部和密部，就像鼓面振动使空气产生疏部和密部一样，这一空气的振动通过口腔向外传播，是就发出了声音。

4.人耳

耳朵是人体结构中非常精致的一部分，因为有了耳朵，我们才听到了声音。除了听声以外，耳朵还是身体的一个平衡器。

耳朵的结构分为外耳、中耳和内耳三部分。

外耳包括耳廓、外耳声道。耳廓像个喇叭，可以把声音集中到外耳声道，再传到鼓膜，激发鼓膜振动。鼓膜是一张仅有十分之一毫米厚的薄膜。中耳内有三块听骨，这三块骨头连接鼓膜和耳蜗并起杠杆作用，可以使鼓膜上的微小振动放大10～18倍传入内耳。内耳由三条可控制身体平衡的半规管和声音的最后接收器——耳蜗。耳蜗是一个螺旋管，长约35毫米，形如蜗牛壳，其内充满透明的液体，液体中有一簇细纤毛，纤毛底部是大量感觉灵敏的毛细胞，并与脑神经细胞相连。

由外耳接收的声波，撞击耳膜，耳膜的振动通过听小骨使耳蜗里的液体出现液波。液波推动纤毛，像风吹杨柳那样。纤毛的拂动使相应的毛细胞产生易被大脑识别为声音的电信号。大脑把接收到的电信号进行处理，使人们能区分几十万种声音，并知晓声音所表达的意思，随之产生相应反应，这就是人听到声音的基本原理。

内耳的半规管内同样有液体和浸在液体中的纤毛。当人头晃动时，液体便会晃动，纤毛也随之摆动，与纤毛相连的神经细胞会通知大脑来保持身体平衡。

人耳如何听到声音是一个很复杂的问题。美籍匈牙利科学家冯·贝凯西（）从上世纪30年代开始研究听觉，依靠他高超的动手能力和锲而不舍的精神，发现了关于耳蜗工作的物理机理，揭开了人耳接收声音的秘密，获得了1961年的诺贝尔医学奖。

到目前为止，听觉的问题还不能说完全解决了，还要靠一代一代人的不断努力。声音是如此奇妙，失去听觉，就会给你的生活带来极大的痛苦。小心呵护你的耳朵，关爱你的听觉健康吧！

4.声速

声速取决于介质的弹性、密度和温度。

由于声波是声源的振动通过介质进行的传播，因此声的传播速度取决于介质粒子在受到声源振动的扰动后弹回的快慢。如果一种介质弹性很好，它的粒子很容易恢复原状，声波在这种介质中就传播得快。一般来说固体材料比液体或气体的弹性好，因此声波在固体中传播得最快，而气体弹性较差，因而是声的不良传播媒介。

声速还取决于介质的密度，在同种物质的不同形态中声速是不同的，密度较大的介质中传播较慢。

在给定的介质中，声在较低的温度下传播的较慢，在较高的温度下，传播的较快。这是因为温度越低，介质粒子运动越缓慢。因此粒子恢复原状也就越慢。声传播速度也就越小。在20℃空气中声速约为340m/s，在0℃约为331m/s。

从理论上得出空气中的声波的传输速度为

V＝，

式中γ是空气的比热容，M是空气的摩尔质量，T是空气的热力学温度。

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