“声现象”三种典型研究方法

【来源：易教网 更新时间：2025-01-13】

一、实验推理法──“真空铃实验”

在物理学中，声现象的研究一直是科学家们关注的重点之一。其中，实验推理法是一种非常重要的研究手段，它通过具体的实验现象，引导学生进行合理的分析和推理，从而得出科学结论。以“真空铃实验”为例，这一实验不仅展示了声音传播的基本原理，还培养了学生的科学思维能力。

实验过程如下：首先，将一个小电铃置于一个透明的玻璃钟罩内，然后用抽气筒不断向外抽气。在这个过程中，学生们会发现，随着钟罩内的空气逐渐减少，电铃发出的声音也逐渐减弱。然而，即使在抽气筒工作了一段时间后，人们仍然能够听到微弱的声音。这是为什么呢？

原因主要有两点：一是玻璃钟罩的气密性并非完美，抽气筒也不可能将钟罩内的空气完全抽尽；二是电铃与钟罩底座或顶部接触，声音可以通过固体传播。

通过这个实验，学生可以直观地感受到声音传播的介质效应。接下来，教师可以引导学生进行进一步的分析和推理：如果钟罩内的空气完全被抽空，将会发生什么现象？学生们经过思考后，可以得出结论：在真空中，声音无法传播。这是因为声音是一种机械波，需要依赖介质（如空气、液体或固体）来传播。

没有介质的存在，声波就无法传递能量，因此在真空中无法听到声音。

典型试题：

例1 (北京密云) 课堂上，老师给同学们做了这样两个声学实验：图甲是将一把钢尺压在桌面上，一部分伸出桌面。当用手拨动其伸出桌外的一端时，钢尺发出声音。图乙是老师把电铃扣在钟罩里并让其发声，我们既可听到清脆的铃声。当老师用抽气机抽掉钟罩里的空气时，我们发现，随着钟罩里的空气逐渐变少，铃声逐渐变小。

这两个实验能说明声音的传播需要介质的是_____________实验(选填“甲”或“乙”)。

【解析】甲实验说明声音是由物体的振动产生的，乙实验说明声音的传播需要介质。

二、放大法(转换法)

在声现象的研究中，有些现象非常微弱，难以直接观察。为了更清晰地展示这些现象，科学家们常常采用放大法（也称为转换法），即通过一些巧妙的方法将微弱的现象放大，以便于观察和分析。

1. 探究声音产生的条件

声音是由物体的振动产生的。有些声源的振动效果显著，可以直接观察，而有些声源的振动效果较弱，不易直接观察。在实验中，可以通过一些转换，对声源的微弱振动进行放大，进而探究声音产生的原因。例如：

- 在发声的纸盆上放一些小纸屑，当纸盆振动时，纸屑会跳动，通过观察纸屑的跳动情况，可以判断纸盆是否在振动。

- 将敲击后的音叉放入水中，音叉的振动会使水花四溅，通过观察水花的飞溅情况，可以判断音叉是否在振动。

- 在桌面上放一些小豆粒、小玻璃球或一杯水，敲击桌面时，观察这些物体的跳动情况，也可以判断桌面是否在振动。

2. 探究振幅对响度的影响

声音的响度与声源的振幅密切相关。为了探究这一关系，可以设计如下的实验：

- 在鼓面上撒一些小纸屑，然后用不同的力度敲击鼓面，听声强弱的变化同时观察小纸屑跳动的高度。从小纸屑的跳动程度可以判断振幅的大小，从而得出振幅与响度的关系：“振幅越大，响度越强”。

典型试题：

例2 (泉州) 如图所示，在探究“声音是由物体振动产生”的实验中，将正在发声的音叉紧靠悬线下的轻质小球，发现小球被多次弹开。这样做是为了( )

A. 将音叉的振动时间延迟

B. 使音叉的振动尽快停下来

C. 使声波被多次反射形成回声

D. 将音叉的微小振动放大，便于观察

参考答案：D

三、类比法

类比法是一种通过已知事物的特性来推断未知事物特性的方法。在声现象的研究中，类比法可以帮助学生更好地理解和掌握一些抽象的概念。以下是两个典型的例子：

1. 声波概念的引入

声波是一个相对抽象的概念，学生在初次接触时可能会感到困惑。为了帮助学生更好地理解声波，可以借助水波进行类比。水波的传播方式和声波的传播方式有相似之处，都是通过介质传递能量。通过观察水波的传播过程，学生可以直观地感受到波的传播特性，从而更容易理解声波的传播机制。

2. 利用“波形”判断乐音和噪声、比较振幅对响度的影响

在声学中，乐音和噪声的区分是一个重要的概念。通过波形图，可以直观地展示这两者的差异。乐音的振动是有规律的，波形呈现出周期性的变化；而噪声的振动则是杂乱无章的，波形没有明显的规律。通过观察波形图，学生可以清楚地看到这两种声音的本质区别。

此外，波形图还可以用来比较振幅对响度的影响。振幅越大，波形的幅度越高，声音的响度也就越大。通过对比不同振幅的波形图，学生可以直观地理解振幅与响度之间的关系。

通过上述三种典型的研究方法——实验推理法、放大法（转换法）和类比法，我们可以更全面、更深入地理解声现象的本质。这些方法不仅有助于学生掌握声学的基本知识，还能培养他们的科学思维能力和实验操作技能。在实际教学中，教师可以根据学生的实际情况，灵活运用这些方法，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。