几个声现象实验的改进与创新

物理学是一门以观察和实验为主的科学，实验教学是物理教学的一种重要手段。在初中物理教学中，根据初中学生的好奇心强、认知能力有限的特点，积极开展物理实验教学，不仅能激发学生学习物理的兴趣，而且能加深学生对知识的理解，提高课堂教学效率，还可以培养学生的观察能力、思维能力、动手能力、创新意识以及实事求是的科学态度，促进学生全面发展。

多年来，笔者在物理教学中通过对实验的不断探究、改进和实践，将教材中的一些实验加以改进，弥补教材实验的不足，取得了良好的教学效果。下面以“声现象”为例，谈谈笔者对实验的改进和创新设计。

1 探究声音产生的原因实验

1.1 探究固体振动发声

1.1.1 通常的实验方法

在学习声音产生的原因时，学生通过自主探究，利用身边的刻度尺、橡皮筋等物品发出声音，初步得出了声音是由于物体振动产生的这种猜想。为了验证这种猜想的正确性，有的教师利用敲击音叉发声，让学生观察音叉的振动。但音叉发声时，声音很小，振动比较快，振动幅度很小，距离稍远一点的学生就听不见音叉发出的声音，也看不到音叉的振动，演示效果不明显。有的教师在鼓面上放一些轻小的物体，如：纸屑、米粒，然后用小锤敲击鼓面，会看到轻小的物体在鼓面上跳动，从而证明声音是由物体振动产生的。此实验看似简单，易于操作，但是通过多次实验发现，敲击一次，鼓面振动时间很短，轻小物体的跳动很快就停下来，无法看到轻小物体连续的跳动，实验效果也不明显。

1.1.2 实验的改进与创新

为了克服上述实验的缺点，笔者补充设计了如下的实验。如图1所示，在倒置的长颈漏斗上套一层橡皮膜，内装有红色的水，固定在扬声器的纸盆上，扬声器与功放相连。播放音乐时，扬声器发出声音，漏斗内的水柱跟随声音的不同明显地上升、下降，动了起来。停止播放音乐时，扬声器不发声，水柱也随即停止不动。由此得出，扬声器发出声音时在振动，声音是由物体的振动产生的结论。

通过这样的创新设计，将扬声器不易察觉的振动转换为明显的水柱的升降，学生在用耳朵听音乐的同时，也都能用眼睛直观地看到水柱的跳动。该实验现象更加直观生动，持续时间长，为学生展现了物理世界的神奇与美妙，有利于激发学生学习物理的兴趣，此外，该实验中还渗透了“转换”与“放大”的科学研究方法，学生通过物理实验，不但掌握了物理知识，还学会了研究方法，学生的综合素质得到了全面提升。

1.2 探究气体振动发声

教材中主要探究了固体的振动发声，为了让学生进一步理解声音是物体振动发出的，笔者还补充设计了气体振动发声的实验。在玻璃瓶中放入轻小的泡沫球，在瓶口吹气，可以听到瓶内的空气发出的声音，同时也可以看到瓶内的泡沫球随之跳动起来，证明气体振动也可以发出声音。

2 探究声音的传播需要介质的实验

2.1 原实验方法

为了证明声音可以在固体中传播，教材中用一张桌子做实验。如图2所示，一位学生轻敲桌子（使附近的学生听不到敲击声），另一位学生把耳朵贴在桌面上听到了声音，从而证明了固体能够传声。在实际实验时发现，“使附近的学生听不到敲击声”这个条件很难做到，并且有的学生一时兴起，在别人耳朵紧贴桌面时，用力敲击桌面，可能会损伤学生的听力，不安全。

2.2 实验的改进与创新

（1）方法一

用一根细铜丝将音叉倒挂起恚铜丝另一头缠绕在手指上，手指塞入耳朵内。另一只手敲击音叉，音叉振动发声，耳朵里就能听到很明显的由铜丝传过来的声音。此实验，可以作为学生实验，人人可做。

（2）方法二

与方法一类似，只是铜丝另一头连一个纸杯，将一个话筒放在纸杯口。敲击下面的音叉，音叉振动发声。这时，全班的同学都听到了通过扬声器传出的音叉振动声。如果话筒离开纸杯口，听不到扬声器传出的音叉振动声，从而证明固体能够传声。此实验可作为演示实验，效果非常明显。

通过这样的创新设计，不但证明了固体能够传声，而且还证明了固体传声效果比气体的好。

2.3 补充液体传声实验

教材中只列举了生活中水能传声的现象，没有安排液体传声的实验。为了使学生能更直观地体会到液体也能传声，在探究了固体能够传声后，启发学生设计实验，探究液体，比如水，能不能传声。通过讨论、实验、改进，设计出如下的实验。如图3所示，在一个较大的方形透明塑料桶中装水，将正在发声的闹钟用塑料袋包好放入水中，在外面可以听到闹钟发出的声音，不足的是，稍远一点的学生听不到闹钟发出的声音。为了增强实验效果，接下来把话筒用塑料袋包好，也放入水中，与闹钟保持一段距离，这时全班的学生都能听到扬声器中传来的闹铃声，效果非常明显。

3 声音具有能量

3.1 原实验方法

为了证明声音具有能量，教材给出了如图4所示的演示实验。把一个点燃的蜡烛放在扬声器前，播放音乐，就可以看到蜡烛的火焰随声音的高低跳动，进而证明声音具有能量。这个实验看似简单，效果非常好，但在实际课堂演示时，根本无法观察到这样的效果。一个原因是一般的扬声器的功率不大，而且发出的声音向四周传播，到达蜡烛那里时能量较小，火焰晃动不明显。二是教室内部有风造成烛焰晃动，而不是随着声音有节奏的跳动，即使关闭门窗，轻微的空气流动还是会使烛焰轻微晃动，无法说明烛焰的晃动是由于声波的能量造成的。

3.2 实验改进与创新

针对室内风的影响，笔者做了一个玻璃箱，将扬声器和蜡烛放在玻璃箱内，并在扬声器和蜡烛之间放一个圆筒，用来减小声音的分散。播放音乐时，学生可以透过玻璃箱清晰地看到蜡烛火焰随音乐的高低而起伏晃动。

物理实验教学，生动有趣，简单直观，效果明显。但是在教学中要做好实验，必须课前反复操作，精心设计，优化实验方案，不能局限于教材中的实验，要大胆改进与创新，充分利用生活中的器材，改进和设计实验，增强实验的效果，提高学生的能力。