音调与频率的关系

如图1，将刻度尺的一端紧压在桌面上。另一端伸出桌面，拨动刻度尺，你会听到刻度尺振动发出的声音。改变刻度尺伸出桌面的长度后，拨动刻度尺，观察刻度尺振动的快慢，同时听声音有什么变化。实验的结果是，刻度尺伸出桌面部分越短，振动越快，发出的声音越高。

声音的高低叫做音调。振动的快慢常用每秒振动的次数――频率表示。频率的单位是赫兹(Hz)。由图1实验可知，音调的高低与声源振动的频率有关。大量实验表明。声源振动的频率越高，声音的音调越高；声源的振动频率越低，声音的音调越低。

声源振动的频率高低，有些可以直接用肉眼观察分辨出来，有些则不能。我们可以用仪器来测出或分辨出声源振动频率的高低，示波器可以将声波的波形显示出来。如图2甲为频率500Hz声波的波形，图2乙为频率1000Hz声波的波形。

我们可以用身边的器材做更多的实验来探究音调与频率的关系。下面介绍一些实验的做法，同学们可以去实际做一做，体验音调与频率的关系。

实验一：探究甩动的钢尺发声的音调

如图3。将一根长约0.6m的线系在钢尺的一端。手握住线的另一头，甩动钢尺，使钢尺在竖直平面内做圆周运动(注意安全)，会听到钢尺与空气振动发出的声音；钢尺转动越快，发出声音的音调越高。

实验二：探究橡皮筋振动发声的音调

将两根粗细不同的橡皮筋套在一个硬纸盒上，如图4甲。分别拨动这两根橡皮筋。会观察到细橡皮筋振动较快(频率较高)，发出的声音较高。

再在纸盒与橡皮筋之间插一木棒，拨动橡皮筋，如图4乙。观察到橡皮筋振动部分长度较图甲中短，振动频率变高，发出的声音音调也变高。

从这个实验可以发现：弦振动发声时，弦的横截面积越小，振动部分长度越短，振动频率越高。发声音调越高。

实验三：探究金属管振动发声的音调

如图5。将几根长度不同的金属管用细线悬吊起来。分别敲击它们，使它们发出声音。长度越长的金属管振动频率越低，发声的音调越低；长度越短的金属管振动频率越高，发声的音调越高。

实验四：探究水杯振动发声的音调

取几只相同的玻璃杯，分别在各杯中倒人不等量的水，用筷子敲击杯子外壁，使其发声，如图6。

实验结果：杯中装水越多，振动频率越低，发声的音调越低；杯中装水越少，振动频率越高，发声的音调越高。

我们也可以用高脚酒杯来做实验。用手指蘸水后摩擦酒杯的杯口，使其发出声音，如图7所示。

实验表明：酒杯内盛水越少。振动频率越高，发声的音调越高。

实验五：探究笔管内空气柱发声的音调

用嘴向下端封闭的塑料笔管吹气，使笔管内空气柱振动发声，如图8。向笔管内注入少量水，使管内空气柱变短，吹笔管，振动频率变高，发声的音调变高；再向笔管内注入更多的水，管内空气柱变得更短，吹笔管，振动频率更高。发声的音调更高。由此可知：空气柱振动发声时，空气柱振动部分越短，振动频率越高，音调也越高。

实验六：探究吸管内空气柱发声的音调

如图9，压扁吸管一端。将吸管被压扁的一端放入口腔内吹，并将它不断剪短，会发现吸管越短，空气柱振动频率越高，发声的音调也越商。

如图10所示是一种口笛。口笛的竹管内有活塞。活塞连着铁丝。吹管的上端，可以发出悦耳的哨音。上下拉动活塞。可以改变管内空气柱振动部分的长度，从而改变声音的音调。

生活处处有物理。在向热水瓶内冲开水时。我们可以根据声音的变化来判断水是否快加满了。随着注入瓶内水的增多，瓶内空气柱逐渐变短，发声的音调逐渐变高。这也是音调与频率关系的具体体现。