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初三物理研究物理需要方法

——物理研究方法在声学中的应用举例
王梅军
无论是科学家在探究未知领域时，还是人们在生活实践中遇到未知事物要去发现，遇到新问题要去解决时，总能够有意识地尝试运用科学原理和科学研究方法去处理。例如：控制变量法、类比法、等效法、转换法、比较法、模型法、分类法等。现举几例以供同学们参考。
例1.小丽同学《探究声音是怎样产生的》的装置如图1所示，将系在细线上的乒乓球靠近音叉。

图1
（1）当小丽同学用小锤敲击音叉的时候，既能听到音叉发出的声音，又能观察到_____________，通过实验现象得出的结论是：_____________。
（2）乒乓球在实验中起到什么作用？
这种思维方法叫做_____________（选填“等效法”、“控制变量法”、“转换法”或“类比法”）。
（3）若实验过程中小丽同学加大敲击音叉的力度，则：
①听到和看到的现象会有什么样的变化？
②根据实验现象的变化，你又可以总结出什么结论？
答案：（1）乒乓球的振动；发声的物体在振动
（2）将不易观察到的音叉的振动转化为乒乓球的振动；转换法
（3）①声音的响度变大，乒乓球振动的幅度变大。②声音的响度随振动幅度的变大而变强。
点评：在解决有关不易观察的微小量或不易直接测量的物理量的问题时，可借助其他辅助仪器，先将这些物理量转换为易观察、易测量的物理量，再设计实验并解决问题。

例2.小刚同学《探究什么因素决定音调的高低》的实验如图2所示。

图2
将一把钢尺紧按在桌面上，尺子一端伸出桌边。拨动钢尺，听它振动发出的声音，同时注意钢尺振动的快慢。改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动。注意使两次的振动幅度大致相同。
思考并回答问题：
（1）钢尺伸出桌面的长度变化时，振动的快慢也随之变化，音调同时随之发生了变化。钢尺伸出桌面越长，振动得越_________（选填“快”或“慢”），相应的音调也越_________。音调和频率之间的关系是___________________________。
（2）使两次的振动幅度大致相同，运用的研究方法是__________________（选填“控制变量法”或“类比法”）。
（3）通过进一步的研究，小刚同学发现钢尺振动发出声音的音调随钢尺伸出桌面的长度而变化，其关系是___________________________。
答案：（1）慢；低；声源振动的频率越大，音调越高
（2）控制变量法
（3）钢尺伸出的长度越长，音调越低。
点评：应用控制变量法考查的类型主要有两种：一种是给出实验数据尝试应用控制变量法去分析、归纳物理量与某一因素的关系，此时在选择某几次实验数据时，应控制其他因素的数据相同，然后进行分析、归纳。另一种是应用控制变量法去设计实验，实验设计过程中要使被研究的这对物理量发生改变，而其他因素控制相同。
跟踪练习：
探究“人耳是怎样听到声音”的过程中，小丽等同学运用肥皂膜代替人耳的鼓膜进行这样的实验：

图3
（1）如图3所示，当喇叭发声时，观察肥皂膜出现的现象。观察到的现象是_________，从而联想到人耳听到声音首先是外界传来的声音引起鼓膜的振动。
（2）当人说话声的强弱不变时，肥皂膜与喇叭之间的距离越近，肥皂膜的振动越厉害，甚至破裂。联想到声音的响度跟_____________有关，具体的关系是_____________。