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聲音的共振
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波動與聲音(第三冊第三章第四節)
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聲音的共振
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45分鐘
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林宣安老師
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一、 量測聲帶的振動發生頻率,感受音調與振動頻率的關聯性。
二、 透過八爪按摩器的操作,了解物體發生共振的特性。
三、 透過水晶高腳杯的實驗操作,了解發音的物體如何產生不同的音調。
四、 了解兩個或兩個以上的發音物體,聲音要發生共振的條件。
五、 學習手機App的操作,量測聲音的頻率。 -
水晶高腳杯x2(杯口直徑6cm、杯底直徑6cm、高15cm)、吸管、水、八爪按摩器、手機(安裝Sound Analyzer或吉他調音器App)
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每組一支手機,預先下載Sound Analyzer或吉他調音器手機App
- 時間 教學活動流程 教學資源
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5分鐘一、 生活連結與預測
1. 詢問學生是否曾看過利用不同的生活器材(玻璃杯、玻璃瓶、塑膠桶...)來演奏出歌曲的影片或表演?這些器材如何發出高低不同的聲音?
2. 播放相關水晶杯演奏影片(YouTube)。教學圖片 -
25分鐘二、 操作與觀察
1. 使用Sound Analyzer或吉他調音器手機App,測試各位同學聲帶所能發出的高低音,是否有所不同,並且測試同學能發出的最高音和最低音,大約是多少赫茲?
2. 依操作步驟進行安裝與實驗。
3. 教學提示:
(1) 撥動八爪按摩器的時候,只能撥動其中一根針腳,儘量不要碰到其他的針腳,也不要直接折彎針腳,避免造成無法回復的損壞。
(2) 在摩擦水晶高腳杯的時候,手需先用肥皂洗乾淨,若有油脂,可能會影響摩出來的效果。
(3) 摩擦水晶高腳杯的時候,不用摩擦得太大力,速度要緩慢且力道均勻,另外一隻手可按在高腳杯的底座,但不要摸到玻璃杯的杯身,以免影響振動的效果。
(4) 兩個水晶高腳杯在調整頻率的時候,水不要一次加太多,可分次慢慢倒入,且要請學生仔細觀察吸管,因為吸管振動的幅度不大。
(5) 使用Sound Analyzer或吉他調音器手機App後,可在杯子下方標示頻率。
4. 延伸實驗:
(1) 使用較大或是不同形狀的高腳杯,觀察發出的聲音會有何不同?
(2) 念力大考驗:在同一根竹筷上,綁上三條長短不同的單擺,並演示只讓其中一條單擺擺動,另外兩條單擺不動,並詢問學生如何辦到的? -
5分鐘三、 原理說明
在物理上「共振(resonance)」是指兩個(或兩個以上)物體的振動頻率相同,當一個物體開始振動,會引起其他物體一起振動的現象。自然界有很多事物會發生共振現象,包括聲音、電磁、地震、單擺等等。
物體發生共振的條件是兩物體的振動頻率相同,共振發生後的效果是聲音的響度變大或是波動的振幅變大。
(引自http://scigame.ntcu.edu.tw/voice/voice-022.html)
手指沾水摩擦杯口時能發出特定頻率的聲音,相同的杯子發出的聲音頻率也可能會略有差異。杯內加水能降低聲音的頻率,加的水越多,頻率就越低。所以選擇在較高頻率杯內加適量的水,就能使兩者頻率相同。杯子接收到和自己特定頻率相同的聲音時,也會隨之振動,連帶使得吸管也振動。 -
10分鐘四、 問題與討論
1. 物體要發出聲音的條件為何?
解答:物體發出聲音的條件是快速振動。
2. 撥動八爪按摩器的長針腳,其他的針腳會發生什麼事?
解答:只有其他的長針腳會跟著擺動,短針腳並不會跟著擺動。
3. 撥動八爪按摩器的短針腳,其他的針腳會發生什麼事?
解答:只有其他的短針腳會跟著擺動,長針腳並不會跟著擺動。
4. 用手指摩水晶高腳杯的杯緣而發出聲音,請問是什麼物質發出聲音?
解答:用手指摩擦水晶高腳杯的杯緣,摩擦力使杯子的玻璃發生振動,若是裡面有裝水,則玻璃杯與水皆會發生振動。
5. 如何控制水晶高腳杯發出聲音的高低?
解答:在玻璃高腳杯加入水,若加入越多水,質量越大,振動頻率會越低,所發出的聲音頻率就越低,若加入較少的水,所發出的聲音頻率就會較高。
6. 兩個水晶高腳杯若是要發生共振,則發生的條件為何?
解答:若要使兩個水晶高腳杯發生共振,則需先將頻率較高的杯中加適量的水調整,使兩個水晶高腳杯所發出的頻率相同,才會發生共振。 -
參考 資料國立台中教育大學 NTCU科學教育與應用學系科學遊戲實驗室--奇妙的共振
http://scigame.ntcu.edu.tw/voice/voice-022.html