版块2 声现象 专题2-1 音调、响度、音色辨析 （学生版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题2 声现象 专题2-1 音调、响度、音色辨析 知识·解读 一、声音的特征 概念 声音的高低 声音的强弱 声音的品质 影响 因素 发声体振动的频 率，频率越高，音 调越高 发声体的振幅，振幅越大，声音的响 度越强；声音的响度还与距离发声体 的距离有关 发声体的材料、结构等因 素有关 描述 术语 俗称声音的“粗” “细” 俗称音量的“大”“小” 区别声音的依据 实例 男高音、女低音； 辨别壶内的水是否 满等 低声细语、引吭高歌、麦克风、扩音 器、听诊器等 分辨不同的乐器、辨别瓷 器的好坏、机器的运转是 否良好等 二、音调、响度、音色是声音的不同特性。 1、响度大的声音，音调不一定高，音调高的声音，响度不一定大。音色与音调、响度无关， 它是我们分辨不同发声体的依据。 2．发声体的材料“薄”“短”“轻”“紧”时音调高，反之，音调低。 3．乐器的三种主要类型 (1)打击乐器：以鼓为例，鼓皮绷得越紧，振动越快，音调越高；击鼓力量越大，鼓皮振幅越 大，响度越大。 (2)弦乐器：长而粗的弦振动较慢，发声音调低；短而细的弦振动较快，发声音调高。绷紧的 弦发声音调高，松弛的弦发声音调低。 (3)管乐器：管乐器内都包含一段空气柱，吹奏时空气柱振动产生声音，长的空气柱振动较慢， 音调低；短的空气柱振动较快，音调高。 典例·解读 类型一：几种乐器的音调、响度、音色 第 1 页 / 共 8 页 例1、如图所示，同学们自制一件小乐器，在8 个相同的透明玻璃瓶中装有不同高度的水，用同样 大小的力敲击8 个玻璃瓶，会发出不同的声音这“不同的声音”主要是指声音的( ) 音调 B 振幅 音色 D 响度 【答】 【解析】木棍敲击玻璃瓶时主要是水柱在振动，水越少，越容易振动，振动越快，音调越高反之越低 例2、如图所示，是用示波器显示的不同乐器发出不同声波的波形图，其中频率最高的是( ) 长笛 B 小提琴 手风琴 D 二胡 【答】B 【解析】相同时间内，长笛往返了5 个周期；小提琴往返了5 个多周期；手风琴往返了3 个周期；二 胡往返了3 个周期．经过比较相同的时间内，小提琴经过的周期多，振动的快，频率大． 类型二：音调高低的影响因素 例3、如图所示，四个相同的玻璃瓶里装有不同高度的水，用筷子 敲击瓶子就可以发出“d(1)”“re(2)”“m(3)”“f(4)”四个音阶，则对 应“re(2)”音阶的瓶子是( ) 【答】 【解析】当敲击瓶子时，是瓶子与水柱在振动发声，随着瓶内水位的升高，瓶子与水柱越难振动，振 动的频率越来越低，因此音调也会越来越低，故“d（1）”“re（2）”“m（3）”“f（4）”四个 音阶相对应的瓶子序号是D、、B、．因此对应“re（2）”音阶的瓶子是． 例4、如图所示，四个相同的玻璃瓶里装有不同高度的水，用嘴吹瓶 子就可以发出“ d(1)”“re(2)”“m(3)”“f(4)” 四个音阶，则对应 “re(2)”音阶的瓶子是( ) 【答】B 【解析】当吹瓶子时，是瓶子内的空气柱在振动发声，随着瓶内水位的升高，瓶子内空气柱变短，振 动的频率越来越高，因此音调也会越来越高，故“d（1）”“re（2）”“m（3）”“f（4）”四个 音阶相对应的瓶子序号是、B、、D．因此对应“re（2）”音阶的瓶子是B． 类型三：词语中的音调、响度与音色 第 2 页 / 共 8 页 例5、下列与声有关的语句中，所表达的物理含义是： （1）节日里的锣、鼓声“震耳欲聋”，说明锣、鼓声的____________大． （2）歌唱家的歌声“悦耳动听”，说明歌唱家的歌声的____________好． （3）小女孩的讲话“脆如银铃”，说明小女孩说话声的___________高． 【答】（1）响度；（2）音色；（3）音调． 【解析】（1）“震耳欲聋”，说明声音大，响度大． （2）“悦耳动听”说的是声音的响度大 （3）“尖厉刺耳”，指的是声音比较高，指音调高 类型四：图像的含义 例6、如图所示声波的波形图，下列说法正确的是( ) 甲、乙的音调和响度相同 B 甲、丙的音调和音色相同 乙、丁的音调和音色相同 D 丙、丁的音色和响度相同[来 【答】 【解析】 、从图中可以看出，相同时间内，甲和乙振动的频率相同，所以音调相同的是甲和乙．故正确； B、甲、丙的振动的频率不同，故音调不同，没有指明是同一种乐器，故音色不一定相同，故B 错误； 、乙、丁的振动的频率相同，故音调相同，没有指明是同一种乐器，故音色不一定相同，故错误； D、丙、丁的振幅不相同，故丙、丁响度不相同，音色也不一定相同，故D 错误； 例7、编钟是中国传统的古老打击乐器，由青铜铸成，它由不同的钟依照大小排列，并悬挂在一个 巨大的钟架上，编钟常与编磬组合使用，“金石之声”中的“金”就是指编钟，“石”指编磬 亦传至中亚其他地区现有四个编钟，如图所示，它 们按从大到小的顺序由左至右排列，其中有一编钟 上有一隐形的裂痕为了查找出这口编钟，用锤子分 别敲击它们，将所产生的声波输入示波器中，显示 出的对应的波形图分别如图所示，则下列关于敲钟 时用力大小和判断裂痕的有无的说法中正确的是( ) 、敲甲编钟用力最大，乙编钟有裂痕 B、敲丙编钟用力最大，丁编钟有裂痕 、敲乙编钟用力最大，丁编钟有裂痕 D、敲丙编钟用力最大，乙编钟有裂痕 第 3 页 / 共 8 页 【答】B 【解析】从图中可以看出，振幅最大的时丙图，因此敲丙编钟用力最大，故错误； 音调与振动快慢有关，丁的质量最小，故丁的振动频率最快，音调最高，而图中丁的音调不是最高， 因此丁编钟有裂痕，故B 正确，D 错误． 类型五：音速相关计算 例8、飞机在空中水平匀速飞行。徐冰同学站在水平地面上,用学习过的光力学知识,测量飞机的飞 行速度,以及声音在空气中的传播速度。当他听到飞机的声音从头顶正上方传来时,发现飞机在他 前上方与地面成37°角的方向,如图1-3 所示。已知=2052 m,飞机从头顶正上方 到达他前上方与地面成37°角的位置时用时6 s。求飞机速度以及声音在空气中 的传播速度。(直角三角形一个角为37°角时,三个边长度之比为3：4：5) 【答】456 m/s 【解析】解:声音在空气中的传播速度 v 声= = =342 m/s。 由比例关系知,此段时间飞机飞行距离s= , 则飞机速度v 飞机= = = v 声= ×342 m/s=456 m/s。 培优·训练 一、选择题 1、下列说法错误的是( )。 ．发声体每秒振动的次数越多，音调就越高，响度也越大 B．声源离人耳越近，响度就越大，振动幅度越大 ．音色与发声体的结构、材料有关 D．棒击鼓面越重，鼓面振动幅度越大，响度越大 2、古典名著《三国演义》中，猛将张飞单枪匹马在长坂坡当阳桥头，一声大喝，吓退曹操十万大 军。这个典故形容张飞声音( )。 ．音调高 B．频率高 ．响度大 D．音色差 3、有些老师上课时使用便携扩音设备，使声音更加洪亮，这是为了增大声音的( )。 ．音调 B．音色 ．频率 D．响度 第 4 页 / 共 8 页 4、如图所示，在四个完全相同的玻璃杯内装有质量不等的同种葡萄酒，用大小 相同的力敲击四个 玻璃杯，会发出不同的声音．这“不同的声音”主要是指声音的( )。 ．音调 B．振幅 ．音色 D．响度 5、鼓浪屿因其西南面有海蚀洞受浪潮冲击，声如擂鼓而得名。“擂鼓”一词生动描述了声音的两 种特性，分别是( )。 ．响度与音色 B．响度与音调 ．乐音与噪声 D．超声与次声 6、医生在诊病时使用听诊器，听诊器( )。 ．能使心脏振动的振幅增加，响度增大 B．能改变心跳的频率，使音调变调 ．能改变心跳的音色，使声音好听些 D．能减少声音的发散，可以增大响度 7、用手机通话时，我们可以辨别出熟悉的朋友的声音，这是根据声音的什么特性来辨别的( )。 ．频率 B．音调 ．音色 D．响度 8、下列四个句子：(1)这首歌调太高，我唱不上去；(2)引吭高歌；(3)她是唱高音的；(4)请勿高声喧 哗．其中“高”字指音调的是( )。 ．(1)(2) B．(2)(4) ．(1)(3) D．(3)(4) 9、如图所示，用一张硬卡片先后快拨和慢拨木梳的齿，听到卡片声音发生变化．这 个实验用来探 究( )。 ．音调是否与声源振动频率有关 B．声音能否在真空中传播 ．声音能否在固体中传播 D．声音传播是否需要时间 10、有一种专门存放贵重物品的“银行”，当人们存放了自己的贵重物品后，要用仪器记录下自己 的“手纹”、“眼纹”、“声纹”等，以便今后只有用这些细节独有的特征才能亲自取走物品， 防止被别人领走，这里的“声纹”记录的是人说话的( )。 ．音调 B．响度 ．音色 D．三者都有 11、如图所示声波的波形图，下列说法正确的是（ ） ．甲、乙的音调和响度相同 B．甲、丙的音调和音色相同 ．乙、丁的音调和音色相同 D．丙、丁的音色和响度相同 二、填空题 1、音调是指声音的_________，它是由发声体振动的_________决定的，_________越高，音调越 高。女同学声音比男同学声音尖细一些，就是因为女同学声带的振动频率比男同________。 2、俗语“震耳欲聋”“声音刺耳”“闻其声知其人”反映声音的特征分别是_________、_______ 第 5 页 / 共 8 页 __、________。 3、如图所示的是湖北随州曾侯乙墓出土的战国时期的编钟，是世界上现存最大、最完整的编钟。 这套编钟依大小次序分3 层8 组，悬挂在钟架上，你猜想编钟音调的高低和编钟的大小有没有 关系？为什么这样猜想？ 4、小兰同学在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜想：即使在弦张紧程度相同的条件 下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关。于是她想通过实验来探究一下 自己的猜想是否正确，下面是她在实 验时控制的琴弦条件。 （1）如果小兰同学想探究弦发声的音 调 与弦的材料的关系，你认为她应该选 用表中编号为_________的两根琴弦进行 比较。 （只填字母代号） （2）如果小兰同学想探究弦发声的音 调与弦的长度的关系，你认为她应该选用 表中编号为_________的两根琴弦进行比较。 （只填字母代号） （3）如果小兰同学想探究弦发声的音调与弦的横截面积的关系，你认为她应该选用表中编号为_ ________的两根琴弦进行比较。（只填字母代号） （4）探究过程通常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；③提出问题合理猜想；④得 出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是_________：（只填 写数字代号）。 三、阅读与计算 1、 大雪后为什么很寂静 在冬天，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人为的活动减少了 吗？那么，为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了以前的喧嚣？原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的． 第 6 页 / 共 8 页 它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大 而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过出口反射回来，而大部分的能则被吸收掉了．从而导 致自然界声音的大部分能均被这个表面层吸收，故出现了万籁俱寂的场面． 而雪被人踩过后，情 况就大不相同了．原本新鲜蓬松的雪就会被压实，从而减小了对声波能量的吸收．所以，自然界便 又恢复了往日的喧嚣． (1)根据刚才的阅读，你得到的结论是什么？ (2)在生活中比较高档的音箱四周都用多孔的海绵包着，你知道这是为什么吗？ 2、如图所示，是几个声音的波形，图和图b 所示为两个不同音叉的波形，图、图d、图e 所示为 小提琴、长笛和法国号的波形． （1）图和图b 哪个音叉的音调较高？ 哪个音叉的叉股较短？ （2）比较图、图d、图e 三图，小 提琴、长笛、法国号它们是否正在演奏同样音调和频率的音符？ （3）假若三乐器演奏同一音符，你可以听出它们的区别，它们的波形图是否完全一样？ 3、小明在学习声学知识时，向老师提出了一个问题：“老师，我感觉火车静止和运动两种情况下， 人耳听到的鸣笛声除了响度不同以外，音调也不同．当火车向我靠近的过程中，火车的鸣笛声 变大而且比静止时声尖，这是不是说明当声源运动时，它的响度和音调都发生了变化呢？”老 师对小明善于观察，勤于思考的良好学习习惯提出了表扬，并肯定了他的猜想和感受． 问题一：根据小明的感受，你认为当他不动，火车向他靠近的过程中，火车鸣笛声的响度发生了怎 样的变化？火车靠近他的过程中，火车鸣笛声的音调与火车静止时鸣笛声的音调相比，有什么 变化？写下你的看法：当小明的猜想得到老师认可后，他又开始思考这种现象形成的原因是什 第 7 页 / 共 8 页 么．老师建议他在活动中体会和学习．老师让小明完成下面的活动：先站在离墙4 米远的地方， 每秒向墙上掷一个球，掷10 个球，感觉球撞击墙的声音间隔；然后正对墙，向墙走去，在走的 过程中掷球，而且还是每秒掷一个球，再感觉球撞击墙的声音间隔．在活动中小明感觉到两次 球撞击墙的频率不同．他终于明白为什么火车向他靠近的过程中，火车的鸣笛声比静止时要尖 的原因了． 问题二：请你分析一下，如果小明相对于墙向后退行的过程中，还用同样的方法，向墙上掷球，球 撞击墙的频率会怎样变化呢？联想一下，当你不动，而火车远离你时，你听到的火车的鸣笛声 比静止时的音调是高还是低呢？ 问题三：假设火车站上有一个电铃，电铃每秒钟响100 声（即电铃的小锤每秒钟敲击100 次铃）． 若声音在空气中的传播速度是340m/s，相邻两个声响在空间的距离是多少？当小明坐着一辆 速度为34m/s 的火车从车站向远方开去时，每秒钟进入小明耳朵里的铃响声比进入静止的人耳 朵里的铃响声少多少声？根据你的计算说明音调高低变化与声源和听者相对运动的关系？ 第 8 页 / 共 8 页