“声音的产生与传播”的低成本实验教学实践

杨康弟

[摘 要]初中物理新课标提倡学生利用生活中的廉价用品或废弃物品进行低成本物理实验。文章通过“声音的产生与传播”的低成本实验教学实践，阐明低成本实验教学对培养学生科学思维、科学探究以及创新意识等科学素养的作用。

[关键词]声音的产生与传播;低成本实验;教学实践

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）32-0052-03

物理教学以物理实验为基础，低成本实验具有“成本低而智慧不低、技术含量不低、价值不低”的特点而逐渐被教育界推广。2011年版物理课程标准倡导学生利用身边廉价的生活用品或废弃物品进行低成本实验。为适应新课程的教学需要，在《初中物理教学大纲》里鼓励教师根据教学需要合理利用身边的物品自制教具，进行物理教学。 以下通过“声音的产生与传播”的低成本实验教学实践，阐明低成本实验教学对培养学生科学思维、科学探究、创新意识等科学素养的作用。

【教学片段】声音的产生与传播

生活中到处都有声现象，本课利用学生身边熟悉的、廉价的、容易获得的物品，如纸、橡皮筋、塑料瓶、易拉罐等材料进行低成本的声学实验教学。利用音箱制作小舞台，引起学生的兴趣;用奶粉铁罐和激光笔制作会跳跃的光斑引发学生的好奇心，从而引入主题。利用生活中的纸、橡皮筋、塑料瓶、梳子等物品发声，引导学生理解“声音的产生”。通过自制真空瓶、水中击石、铁棒传音、土电话等，让学生从低成本实验中探究与声音传播有关的知识。体现了低成本实验的成本低但智慧不低、技术不低、价值不低的特点，这也符合物理课标要求。

1.演示实验，导入新课

【实验演示1】让泡沫雪人站在由音箱做成的舞台上，当音乐响起来时，雪人会随之舞动，音乐停了，雪人也停止舞动。

【实验演示2】把铁罐一端去盖，黏上塑料薄膜，且在薄膜中间粘上小块平面镜，让激光笔射出的光通过平面镜反射到墙上形成光斑。在铁罐开口一端说话时，会发现光斑在跳跃，停止说话，光斑也停止跳动。

利用这两个低成本实验，引入新课。

设计意图：利用音箱制作小舞台，用激光笔、铁罐等把微小振动放大，营造欢乐的课堂气氛，激发学生的兴趣和探索欲望。

2.实验探究

（1）声音的产生

【提出问题1】我们每天都听到或制造很多声音，声音的产生需要什么条件？请同学们猜想，并通过实验验证。在进行实验的过程中思考如下问题：①如何让物体发声？②物体不发声时与发声时有什么不同？发声时都有什么共同特征？

【小组合作1】自选身边的器材或选教师提供的器材（橡皮筋、梳子、装水的瓶子、纸张等），使它们发声。小组实验交流后，请小组代表演示实验。

A组.手拨橡皮筋，发声时，橡皮筋在跳动;不发声时，静止不动。

B组.手拨梳齿，梳齿振动同时发出声音;梳齿不动，发声也停止。

C组.晃动水瓶，水运动发声，停止晃动，发声也停止。

D组.抖动纸张，纸张发出声音，停止抖动，发声停止。

引导学生初步得出声音是物体振动产生的。

【提出问题2】物体发声一定振动吗？敲桌子（音叉）、播放音乐、吹笔帽，它们发出声音，却看不到振动，你有什么方法证明发声时它们在振动？

【小组合作2】利用身边的器材或教师提供的器材（乒乓球、纸屑、装水的盘子等）证明发声物体在振动，小组交流后，请代表演示给其他组员看。

A组.将纸屑（水盆）放在桌上。敲打桌面，纸屑（水）在动;停止敲桌面，纸屑（水）也停止跳动。

B组.将音叉敲响，触碰悬挂的乒乓球（盘子里的水），乒乓球被弹开（水溅出来）;或用手摸音叉，感到音叉在振动。

C组.把乒乓球（水盘）放在喇叭上，播放音乐，发现乒乓球（水）在动。

D组.将纸屑放入笔帽里，吹笔帽时，纸屑跳跃。

【归纳总结】声音靠物体振动产生;振动一旦停止，发声也停止。正在发声的物体叫作声源。

设计意图：提出问题引导学生思考交流，再组织学生利用生活中常见且易得的物品设计简单的发声实验，让学生动手操作、探究思考、归纳总结，从而初步培养学生科学探究、创新意识等科学素养。

【交流讨论】在日常生活及自然界中，发声现象随处可见，请说出以下物体是如何发声的。说话声（声带振动）;琴声（琴弦振动）;笛声（空气柱振动）;蝉鸣（鼓膜振动）。

设计意图：巩固发声与振动的关系，感受生活中处处都有物理知识。

（2）声音的传播

【提出问题】在学校里，我们每天都能听到大家的欢声笑语，但在月球上的宇航员即使近在咫尺也听不到对方的声音。那么声音靠什么传到人耳？是否需要物质？

【实验演示】如图3所示，在密封的玻璃瓶中放入一个蜂鸣器，接通电源，明显听到“嗡嗡”响声，用抽气筒（由注射器和空气阀门等材料组成）把瓶内的空气逐渐抽出，感受声音有何变化？（发现声音逐渐变小，但还有微弱的响声）

如果把所有气体抽走，使瓶内处于真空状态，还会听到声音吗？（听不到任何声音）

再把瓶盖上的空气阀门打开，让空气进入瓶内，再感受声音有何变化？（声音逐渐变大）

【归纳总结】声音通过空气传播到人耳，真空不能传声。

设计意图：利用废弃玻璃瓶演示真空不能传声，引导学生观察聆听、感受总結，培养学生观察表达以及归纳总结的能力，同时对“理想推理法”有初步认识。

【提出问题】气体可以传声，那液体、固体能传声吗？组员可利用身边的器材或老师提供的器材（闹铃、密封塑料袋、石头、水槽、铁棒、音叉、土电话等）设计检测的方案，实验交流后演示。

【小组合作】小组成员讨论并确定实验方案，利用器材进行实验验证，并边演示实验边讲解。

A小组.将闹铃放入密封的塑料袋中，然后浸没在水槽里，仍能听到声音。

B小组.在水槽里敲打石头，仍能听到声音。

（说明液体能传声）

C小组.将铁棒插在共鸣箱上，敲打音叉，把音叉的末端接触铁棒，共鸣箱发出嗡嗡的响声。

D小组.同学甲把土电话一端的纸杯贴在耳朵上，同学乙拉直绳子，在另一端纸杯内说话，同学甲能听到同学乙的声音。

（说明固体能传声）

【归纳总结】气体、液体、固体都能传声，把能传声的物质统称为介质。

设计意图：引导学生利用身边物品设计实验，进行实验探究，培养学生动手、动脑学物理的技能。从生活实验中得出物理理论知识，这样学生更容易接受。

【交流讨论】能否再列举一些生活例子证明气体、液体、固体能传声？

学生联系生活思考、回答。自然界的风声、雨声，课堂上的读书声（气体传声）;白鲸在水里听着训练员的哨声进行表演（液体传声）;嚼饼干时，感觉声音特别大（固体传声）。

设计意图：用所學的物理知识解释生活中与声音有关的现象，促使学生形成物理观念。

（3）声速

【实验演示】声音看不见摸不着，利用易拉罐把声音在介质中的传播形式展现出来。把易拉罐一边去掉盖子，用橡皮膜包着，在罐身钻一排小孔，再充液化气进去，点燃后会发现，火焰随着手机铃声而有规律跳动着，如图4所示。

【归纳总结】声音在介质中以波的形式向远方传播，我们称它为声波。

设计意图：声波看不见摸不着，通过易拉罐制作跳动的火焰，把抽象的物理知识形象化，便于学生理解声音在介质中的传播形式，激发学生的兴趣和探索精神。

【提出问题】古代打仗，为什么士兵将耳朵贴在地上就能知道远方是否有敌军来袭？

【课后活动】让一名学生站在走廊一端，敲击一下铁栏杆（栏杆大概长81 m），让另一名学生站在走廊另一端，耳朵贴在栏杆上，感受声音在空气中和铁栏杆中传播的快慢。学生听到两次声音，第一次响度很大，是由栏杆传来的，第二次响度很弱，是通过空气传来的。

【归纳总结】在不同介质中，声音传播速度不同，把声音在单位时间内经过的距离叫作声速。

设计意图：强化学生对声速的理解，同时消除物理课外实验的神秘感，激发学生参与活动的积极性。

【自主学习】阅读声速表，归纳影响声速的因素。

①声速与介质种类有关：[v固>v液>v气]。

②声速与介质、温度有关：当温度为15 ℃时，[v气=340 m/s]。

设计意图：培养学生阅读和获取信息的能力。

声现象在生活中无处不在，直接利用身边物品开发各种与声现象有关的低成本物理实验，并把它们用于实验探究和教学。培养学生设计实验、动手操作实验、观察分析实验现象、归纳总结规律的能力。拉近了物理与生活的距离，让学生感到生活中随处都有物理，大大提高了学生学习物理的兴趣。同时也符合新课程标准的 “从生活走向物理，从物理走向社会”的要求。

[   参   考   文   献   ]

[1]  蒋显翠.初中低成本物理实验教学研究[D].昆明：云南师范大学，2009.

[2]  人民教育出版社，物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书物理（八年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：27-30.

[3]  陈怀华，陈宗荣.低成本物理实验的特点及其教学功能[J].物理教学探讨，2014（1）：64-66，80.

（责任编辑 易志毅）