小小发明家
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1 声音从哪来

小呆,特大好消息,披头士乐队要来北京举行巡回演出。

哇哦,太激动了!在哪里举行演出啊?

在首都体育馆,这是我为咱们抢到的票哦!

哦哦,这座位也太靠后了,我们肯定听不到他们在唱什么。

这个嘛,需要你去现场体验了再下结论。其实,首都体育馆的音效设计还是很棒的。

什么是音效设计?

这个我也不懂。还是让火星博士带我们一起去现场,边欣赏演出,边学习吧!

火星数据库

自然界里处处有声音(sound)。我们能通过声音获取大量的信息,也可以得到艺术的享受。

想一想

声音究竟是如何产生的?声音是由什么构成的?

声音的产生

在开始演出之前,乐队的鼓手会先击打一下鼓,检测鼓的声音是否正常。常见的鼓是由一张皮革展开后固定在一个空盒子的表面上制成的。当鼓槌敲击皮革时,皮革就会产生震颤。这个震颤会在一秒钟内上下震动多次,这就产生了声音。如果在鼓面上放一些纸屑,你就会发现,击鼓时纸屑会在鼓面上跳舞。

舞台的灯光亮起来了,演出正式开始。吉他手、鼓手、萨克斯手……大家各司其职,配合默契。体育馆的上空荡起了美妙的音乐。每种乐器虽然形状、材质不同,音色和演奏方式也不尽相同,但都是通过振动发声的。

乐器通常可以分为三种主要的类型:打击乐器、弦乐器和管乐器

打击乐器是一种以敲击、摇动、摩擦、刮等方式产生效果的乐器族群。鼓、锣、乐器受到打击时发生振动,从而产生声音。

弦乐器的发音方式是依靠机械力量使绷紧的弦振动发音,常见的有二胡、小提琴和钢琴等。长而粗的弦发出的音调低,短而细的弦发出的音调高;绷紧的弦发出的音调高,不紧的弦发出的音低。

管乐器的发音方式是由演奏者向管中吹气,吹出的气流使管内空气柱作周期性的振动所产生的。常见的管乐器有长笛、萧、萨克斯管等。

演出进行了一半,最精彩的部分即将到来,乐队带来了他们最新的主打单曲。歌手们大声地歌唱,歌迷们尽情地欢呼。

歌手们能唱出美妙的歌曲,是因为人的喉咙也是一件乐器。人的喉咙内部的肌肉叫作声带。人在说话或者歌唱时,气流通过声带,使声带颤动,从而能够发声。当然,如果你边说话边用手摸脖颈喉头的位置,就会有非常明显的振动的感觉。

可见,一切的声音都是由发声体振动而产生的,发声体叫作声源。各种乐器、人的声带在发声时都是声源。当发声体停止振动,声音也立即停止。

当然,在自然界中也存在着很多的演唱家,它们用神奇的声音为我们的生活增添了很多的乐趣。

动物的声音

对于动物来说,声音可以派上很大的用场:有些动物利用声音作为联络工具,有些动物则利用声音辨别方向、寻找猎物。动物发声的方法也有很多种:蟋蟀靠摩擦专门的部位发声;知了靠振动薄膜状的音盖发声;青蛙则用声带发声。

青蛙不但有能够振动的声带,而且它的嘴下有一个囊袋。当青蛙的声带振动发声后,声音会通过囊袋共振作用加强到最大。

夏日里烦人的“嗡嗡”声并不是从蚊子嘴巴里发出来的,而是当蚊子飞行时,翅膀迅速振动发出的。蚊子飞行时翅膀每分钟能振动250~600次,这样引起的空气振动就是我们听到的蚊子的“叫声”了。

响尾蛇是一种剧毒的爬行动物,当它遇到敌人或急剧活动时,迅速摆动尾部,每秒钟可摆动40~60次,能长时间发出响亮的声音,致使敌人不敢近前,或被吓跑,故称为响尾蛇。响尾蛇的尾巴上有一个像哨子一样的硬壳,叫角质轮。角质轮里是两个空泡,响尾蛇一摇尾巴,就能发出“嘎啦”“嘎啦”的响声。

声音的传播

想一想

各种声音是如何传到你的耳朵里的?

打鼓时,鼓会振动——鼓面在前后方向上迅速反复弯曲。振动的鼓面来回推动周围的空气分子,空气分子之间相互碰撞,并以波的形式向前传递能量,从而使声音从鼓面一直传到人的耳朵里,并作用于人耳,产生听觉。声音的这种波,我们叫它为声波

现在我们总结一下,声音从发出到被我们接收到经历的过程:

三百多年前,德国科学家葛利克做过一个实验:他把钟表放在一个接有抽气机的玻璃罩内,然后把罩里的空气慢慢抽出来。这时,钟摆的嘀嗒声逐渐减弱,最后几乎听不到了。葛利克又把空气放进罩子里,人们又听到了钟摆的嘀嗒声。

这个实验告诉我们,声音只有通过某种物质才能传播出去,这种传播声音的物质就叫媒介,也叫介质。空气就是常见的一种介质。地球上由于有空气这种物质,所以人们才能够彼此交流。太空是一个寂静的世界,那里没有空气,即使近在咫尺,宇航员也只能通过无线电进行交流。

想一想

茫茫太空,寂静无声。

那浩瀚的海洋里有没有声音呢?

西方民间传说,海里有会唱歌的美人鱼;我国民间传说,海底住着龙王和他的子民们,每当夜幕降临后,龙宫里就传出动人心弦的龙宫之歌。这些神话传说说明很早以来,人们就听见了来自海洋的声音。

真实的海洋是一个喧闹的世界,这里有小青鱼发出的“叽叽”“叽叽”声,也有驼背鳟发出的“咚咚”“咚咚”声。鱼类的歌声并不是从喉咙里发出的,它们没有声带。鱼类发声主要靠鱼鳔的振动或者靠牙齿、鳍条、骨头的摩擦。鱼发声往往是鱼类求偶或者集群的信号,领头鱼发出一声呼唤,众鱼就会靠拢过来。

想一想

现在我们知道了,空气和液体都能传声,那固体能不能传声呢?

你可能早就玩过“土电话”了:用粗棉线把两个一次性的纸杯连在一起,绷紧棉线,一个人对着纸杯说话,另一人把纸杯贴在耳朵上,就能听见声音了。这个游戏说明了固体也能传声,绷紧了的棉线就是传播声波的物质。

想一想

真空能不能传声?

大量实验表明:声音的传播需要物质,科学家把能够传声的物质称为介质。传声的介质既可以是气体、液体,也可以是固体。

火星实验室

趣味实验

自制“土电话”

实验器材

两只纸杯 一根长棉线 一根缝衣针

实验步骤

1.将棉线穿在针上,并穿过两只纸杯的杯底。

2.将棉线的两端打结,拉紧棉线。

3.让你的同学在一端轻声讲话,你在另一端倾听。

实验现象

将耳朵靠近纸杯,你会清楚地听到他在说话。

注意事项

在传声的过程中,要将绳子绷紧。

实验原理

当一个人对着纸杯说话时,那只纸杯就相当于一只话筒,它聚拢了声波,而后声波便经由那根棉线传播到另一只纸杯上,这只纸杯此时就成了听筒,它同样起到了聚拢声波的作用,把声音传到我们的耳朵里。

【火星实验】

实验名称:电子门铃

实验器材:电子门铃套件

实验过程:扫描二维码,关注“火星人俱乐部”微信公众号,回复关键词“电子门铃”即可观看精彩视频内容。

火星故事

“跳跃”的声音

1921年5月9日,苏联的莫斯科近郊发生了一次大爆炸。据调查,在半径70千米范围内,人们清清楚楚地听到了“轰隆”“轰隆”的爆炸声;但是从半径70千米到半径160千米的范围内,人们却什么也没有听到;奇怪的是,从半径160千米以外一直到半径300千米的远方,人们又听到了爆炸的轰鸣声。这可真是怪事!声音怎么会“跳”过中间这片区域呢?

物理学家发现,声音有一种“怪癖”,它在空气中爱从温度低、密度大的道路走。当遇到温度高、密度小的空气,声音便会向上拐弯到温度较低的空气中去。如果某一个地区,地面附近的气温变化比较复杂,这儿温度高,那儿温度低,声音经过的时候,一会儿拐到高空一会儿又往下拐,这样上上下下,就形成了上面所说的那种声音“跳”动的现象。

安徽省合肥市建好的长途电话大楼,楼顶耸立着一座塔钟。这塔钟准时打点,钟声悦耳,响遍全市。但是住在远郊的居民听到的钟声,有时候清晰,有时候模糊,有时正点,有时“迟到”。这是塔钟的失误吗?不是,这也是声音的“怪癖”——爱走气温低、密度大的道路引起的。天长日久,居民们得出一条经验:平日听不见或听不清钟声,一旦突然听得很清楚,就预示着天要下雨了,或正在下雨呢!这是因为这时空气湿度大,湿空气比干空气的密度大,容易传播声音的缘故。

头脑大爆炸

课后练习

1.关于声音的产生,下列说法正确的是(  )。

A.—切发声的物体都在振动

B.不发声的物体肯定不动

C.一切振动的物体都在发声

D.以上说法都不对

2.在下列哪一种情况下,声音不能传播(  )。

A.在空气中

B.在水中

C.在地面以下

D.在太空中

3.蚊子的发声方式跟下面哪个最接近(  )。

A.青蛙

B.蟋蟀

C.麻雀

D.人

4.声音是由物体____产生的,声音____(选填“能”、“不能”)在真空中传播。

5.请举例说明声音能在固体、液体、气体中传播。

(1)_____ 证明声音在固体中传播。

(2)_____证明声音在液体中传播。

(3)_____证明声音在气体中传播。

6.简述电子门铃的工作原理。

课后拓展

1.找一找生活中还有哪些现象可以验证声音的产生。

2.看一看自己家的门铃是什么类型,跟我们制作的有什么区別呢?