趣味物理實驗 探究影響琴絃音調高低的因素

一、發現並提出猜想

小漢的爸爸會拉二胡。小漢注意到爸爸在拉二胡前總要把二胡的兩個手把仔細除錯，爸爸說這是在調整弦的鬆緊，來改變音調。拉二胡時，小漢注意到爸爸的手指不停地在琴絃上來回移動，同時聽到優美的曲調傳來。小漢還注意到二胡上有兩根弦，一粗一細，在不同的弦上拉發出聲音的的音調不同。那麼，影響琴絃音調高低的因素有哪些？結合上面的觀察小漢提出了以下猜想：

猜想1：琴絃發出聲音的音調高低，可能與絃線的材料有關；

猜想2：琴絃發出聲音的音調高低，可能與絃線的長短有關；

猜想3：琴絃發出聲音的音調高低，可能與絃線的粗細有關；

猜想4：琴絃發出聲音的音調高低，可能與絃線的鬆緊程度有關。

為了檢驗上述猜想是否正確，並進一步探究它們之間的關係，小漢設計了下面的實驗方案。

二、制定計劃和設計實驗

按圖1所示組裝有關器材：將一根尼龍絲的一端拴在桌子一端的腿上，另一端繞過桌邊的小滑輪，掛上幾個鉤碼，並用A、B兩個小木塊將弦支起，用一把塑料三角尺撥A、B間的弦，即可聽見發出的聲音。通過調整A、B之間的距離，可以改變琴絃發聲部分的長短。調整所掛鉤碼的多少，可以改變琴絃的鬆緊。

方法點撥：當要研究的一個物理量與另外幾個物理量都有關係時，為簡化和方便，先研究與其中一個量的關係，而要控制其餘幾個量不變。這種方法叫控制變數法。

三、進行實驗和收集證據

1．研究音調與弦長的關係：

（1）在滑輪下方掛N個鉤碼（三、四個即可），用塑料三角尺撥動AB之間的琴絃；絃線振動將聽到清晰的樂音，記住這個音調。

（2）減小A、B之間絃線的長度，並撥動絃線。注意每次聽到聲音的音調將。

（3）增大A、B之間絃線的長度，並撥動絃線．注意每次聽到聲音的音調將。

2．研究音調與弦鬆緊程度的關係：

（1）使AB間絃線的長度保持不變，滑輪下面的鉤碼仍是N個，撥動絃線，記住這時的音調。

（2）逐漸增加滑輪下面的鉤碼數。撥動絃線，注意每次聽到的聲音音調的變化．發現音調升高時，滑輪下面的鉤碼個數將。

3．研究音調與絃線粗細的關係：

（1）使A、B兩點間的絃線為適當長，在滑輪下方仍掛N個鉤碼，撥動張緊的絃線．記住這時的音調。

（2）再換用較粗和較細的絃線，在滑輪下面的依然懸掛N個鉤碼，撥動張緊的絃線．記住這時的音調．發現絃線越粗，音調越。

4．研究絃線的材料對音調的影響

取兩根粗細相同，但材料不同的絃線，如一根尼龍絲，一根鋼絲，保持A、B間的距離相同，滑輪下面的鉤碼也相同，比較它們發出聲音的音調。

四、分析與論證

根據上述探究，可以初步知道：

（1）保持絃線的粗細和鬆緊程度相同，發音部分的絃線越長，音調越。

（2）保持絃線的粗細和發聲部分的長度相同，絃線越緊，音調越。

（3）保持弦發聲部分的長度和鬆緊程度相同，絃線越細，音調越。

（4）保持絃線的長度、粗細和鬆緊程度相同，絃線發出聲音的音調還與有關。

五、實驗結論

對於絃樂器，音調的高低主要取決與弦的、、、。

六、評估與交流

1．觀察二胡、琵琶、小提琴等絃樂器，看看這些絃樂器是怎麼樣調節弦的長短和鬆緊的？樂器上安裝了幾根弦？粗細程度怎麼樣？實際拉、彈一下，聽聽絃樂器發出的音調的高低是否和實驗探究的幾個因素相一致？

2．用嘴對著一個空瓶子的瓶口吹氣，會引起瓶內空氣柱的振動而發出聲音。取五隻相同的瓶子分別裝入深度不同的水，用嘴分別對著五隻瓶口吹氣。

（1）你聽到聲音的音調相同嗎？為什麼？你能得到什麼結論？

（2）應用你的結論，說明吹笛子時用手指堵住笛孔能產生不同音調的聲音的道理。

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選自：《初中物理自制教具》