例题1 小明敲击音叉，轻敲与重敲时听到声音的响度不同，他猜测导致声音响度不同的原因是音叉两次振动的振幅不同。可是，小明感觉很难用眼睛直观地分辨轻敲与重敲时音叉振动幅度的差异。他思考了一会儿，终于想出了一个巧妙的办法。他利用的器材有：双面胶、小平面镜、激光笔、墙壁。你知道他是怎么做的吗？按照你的想法做一做，看看结果如何。
点拨 这是一个实验设计活动，要求同学们在明确探究目标的前提下，利用现有的器材设计实验。本次活动的难点在于如何将难以用肉眼直接观察到的振动幅度“放大”。
我们可以在音叉的叉股上用双面胶粘上一个小平面镜，
。用激光笔作为光源，调节其角度，使激光束通过叉股上的平面镜反射到墙壁上形成一个光斑。轻敲和重敲音叉时，在听到声音的同时观察墙壁上光斑位置的变化，便可以直观地分辨出音叉振动的幅度了。
例题2
所示，用一只烧杯向玻璃瓶中缓缓倒水（倒水时烧杯口尽量离玻璃瓶口远一些，并保持距离不变），听听看，随着水面的上升，倒水所产生声音的音调有何变化？（b）所示，用小棒敲击瓶中液柱中部位置，然后向瓶中继续加水，随着水量的增加，音调又有何变化？
点拨 向瓶中倒水时，听到的声音主要是水面和瓶口之间的空气柱振动所产生的。当水面上升时，这段空气柱的长度变短，振动频率变高，所以音调会越来越高。当用小棒敲击瓶身时，瓶中的水和玻璃瓶振动发声，随着水量的增加，瓶中水位变高，振动频率变低，所以音调越来越低。
答案：解：
例题1
实验操作：
1. 使用双面胶将小平面镜固定在音叉的其中一个叉股上。
2. 打开激光笔，调整激光笔的角度，让激光束照射到小平面镜表面，经平面镜反射后在墙壁上形成一个清晰的光斑。
3. 轻敲音叉，在听到声音的同时观察墙壁上光斑的振动幅度；再用更大的力重敲音叉，观察此时光斑的振动幅度。
实验结果：轻敲音叉时响度小，墙壁上光斑的晃动幅度也更小；重敲音叉时响度大，光斑的晃动幅度明显更大。该方法利用转换法将音叉微小的、难以直接观察的振动幅度放大，可直观分辨出两次敲击音叉的振幅差异，验证了音叉振幅越大，声音响度越大的规律。
例题2
1. 向瓶中倒水时，发声的物体是瓶内水面上方的空气柱。随着水面上升，空气柱的长度逐渐变短，振动频率逐渐升高，因此倒水产生的声音音调越来越高。
2. 用小棒敲击瓶身时，发声的物体是玻璃瓶和瓶内的水。随着瓶内水量增加，瓶和水的总质量变大，振动频率逐渐降低，因此敲击产生的声音音调越来越低。
解析：
【分析】
例题1：音叉振动幅度小，肉眼难以直接观察，需利用转换法将微小振动放大。通过平面镜反射激光，把音叉的振动转化为墙壁上光斑的移动，借助光斑晃动幅度间接判断音叉振幅，从而对比轻敲、重敲时的响度差异。
例题2：需先明确不同操作下的发声体，再根据发声体的变化判断振动频率，进而确定音调变化：倒水时发声体是瓶内空气柱，敲击时发声体是瓶和水，两者的结构变化对振动频率的影响不同。
【解析】
例题1：
实验操作：
1. 用双面胶将小平面镜固定在音叉的一个叉股上；
2. 打开激光笔，调整角度，使激光束经平面镜反射后在墙壁上形成清晰光斑；
3. 分别轻敲、重敲音叉，观察墙壁上光斑的晃动幅度。
实验结果：轻敲音叉时，墙壁上光斑晃动幅度小，对应声音响度小；重敲音叉时，光斑晃动幅度大，对应声音响度大，验证了音叉振幅越大，声音响度越大的规律。
例题2：
1. 向瓶中倒水时，发声体是瓶内水面上方的空气柱。随着水面上升，空气柱长度变短，振动频率升高，因此倒水产生的声音音调越来越高；
2. 用小棒敲击瓶身时，发声体是玻璃瓶和瓶内的水。随着水量增加，瓶和水的总质量变大，振动频率降低，因此敲击产生的声音音调越来越低。
【答案】
解：
例题1
实验操作：
1. 使用双面胶将小平面镜固定在音叉的其中一个叉股上。
2. 打开激光笔，调整激光笔的角度，让激光束照射到小平面镜表面，经平面镜反射后在墙壁上形成一个清晰的光斑。
3. 轻敲音叉，在听到声音的同时观察墙壁上光斑的振动幅度；再用更大的力重敲音叉，观察此时光斑的振动幅度。
实验结果：轻敲音叉时响度小，墙壁上光斑的晃动幅度也更小；重敲音叉时响度大，光斑的晃动幅度明显更大。该方法利用转换法将音叉微小的、难以直接观察的振动幅度放大，可直观分辨出两次敲击音叉的振幅差异，验证了音叉振幅越大，声音响度越大的规律。
例题2
1. 向瓶中倒水时，发声的物体是瓶内水面上方的空气柱。随着水面上升，空气柱的长度逐渐变短，振动频率逐渐升高，因此倒水产生的声音音调越来越高。
2. 用小棒敲击瓶身时，发声的物体是玻璃瓶和瓶内的水。随着瓶内水量增加，瓶中水位变高，振动频率逐渐降低，因此敲击产生的声音音调越来越低。
【知识点】
转换法、响度与振幅、音调与频率
【点评】
本题为声学实验探究题，通过转换法解决微小振动的观察难题，同时考察发声体判断及音调、响度的影响因素，注重实验设计能力与概念理解的结合，是声学部分的典型题型。
【难度系数】
0.6
例题3 二胡是我国著名的一种民间乐器，它虽然只有两根弦，却能够演奏出动听的旋律。请同学们观察二胡弦的特点以及二胡演奏家演奏时的手法，猜一猜，哪些因素会影响弦发音的音调，并设计一个实验方案来验证你的猜想是否正确。
点拨 演奏家的手在弦上上下移动是在改变弦上振动部分的长度。由于弦的松紧、粗细、长短都会影响音调，因此在设计实验时，每次只能探究某一个因素与音调的关系。如探究音调与弦的长度的关系时，要保持弦的粗细、松紧不变，这就是常用的一种实验探究方法——控制变量法。
答案：解：
猜想：影响弦发音音调的因素有弦的长度、弦的粗细、弦的松紧程度。
实验方案（采用控制变量法）：
① 验证音调与弦长度的关系：
保持弦的粗细、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦振动部分的长度，观察弦振动的快慢，对比不同长度下弦发出声音的音调高低。
② 验证音调与弦粗细的关系：
保持弦的长度、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动粗细不同的弦，观察弦振动的快慢，对比不同粗细的弦发出声音的音调高低。
③ 验证音调与弦松紧程度的关系：
保持弦的长度、弦的粗细不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦的松紧程度，观察弦振动的快慢，对比不同松紧下弦发出声音的音调高低。
实验结论：弦的音调由弦的长度、粗细、松紧共同决定：当弦的粗细、松紧相同时，弦越短，音调越高；当弦的长度、松紧相同时，弦越细，音调越高；当弦的长度、粗细相同时，弦越紧，音调越高。
解析：
【分析】
首先，我们可以结合二胡的结构与演奏特点猜想影响弦发音音调的因素：演奏家移动手改变弦振动部分的长度，说明长度可能影响音调；弦本身存在粗细差异，粗细可能影响音调；弦的松紧也可随演奏调整，松紧程度也可能影响音调。由于探究多因素对物理量的影响时，需采用控制变量法，每次仅改变一个要探究的因素，控制其他因素不变，通过对比实验验证猜想，才能准确得出各因素对音调的影响，据此设计实验方案。
【解析】
猜想：影响弦发音音调的因素有弦的长度、弦的粗细、弦的松紧程度。
实验方案（采用控制变量法）：
① 验证音调与弦长度的关系：保持弦的粗细、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦振动部分的长度，观察弦振动的快慢，对比不同长度下弦发出声音的音调高低。
② 验证音调与弦粗细的关系：保持弦的长度、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动粗细不同的弦，观察弦振动的快慢，对比不同粗细的弦发出声音的音调高低。
③ 验证音调与弦松紧程度的关系：保持弦的长度、弦的粗细不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦的松紧程度，观察弦振动的快慢，对比不同松紧下弦发出声音的音调高低。
实验结论：弦的音调由弦的长度、粗细、松紧共同决定：当弦的粗细、松紧相同时，弦越短，音调越高；当弦的长度、松紧相同时，弦越细，音调越高；当弦的长度、粗细相同时，弦越紧，音调越高。
【答案】
解：猜想：影响弦发音音调的因素有弦的长度、弦的粗细、弦的松紧程度。实验方案（采用控制变量法）：① 验证音调与弦长度的关系：保持弦的粗细、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦振动部分的长度，观察弦振动的快慢，对比不同长度下弦发出声音的音调高低。② 验证音调与弦粗细的关系：保持弦的长度、弦的松紧程度不变，用大小相同的力拨动粗细不同的弦，观察弦振动的快慢，对比不同粗细的弦发出声音的音调高低。③ 验证音调与弦松紧程度的关系：保持弦的长度、弦的粗细不变，用大小相同的力拨动弦，改变弦的松紧程度，观察弦振动的快慢，对比不同松紧下弦发出声音的音调高低。实验结论：弦的音调由弦的长度、粗细、松紧共同决定：当弦的粗细、松紧相同时，弦越短，音调越高；当弦的长度、松紧相同时，弦越细，音调越高；当弦的长度、粗细相同时，弦越紧，音调越高。
【知识点】
音调的影响因素、控制变量法
【点评】
本题结合生活中的民族乐器二胡，考查音调的影响因素及控制变量法的应用，注重理论联系实际，引导学生观察生活中的物理现象，培养实验设计与探究能力，是声学部分的典型基础探究题。
【难度系数】
0.6
