既能动手操作又能用scratch模拟的声波实验

网友投稿 2019-12-11 11:01

小球自由落体弹跳3系列”是我尝试scratch与物理结合的初步探索,之后我一直想做一些低年级孩子既能亲手实践,也能用scratch编程模拟出来的STEAM科学小实验……】

知识引导和普及

小时候我们看电影《六指琴魔》,其中天魔琴是一件大杀器,发出的琴声可以杀人于无形,一个六指琴魔+一个天魔琴就可以灭了全武林,一点不比核武器逊色!类似的桥段也出现在了电影《功夫》里,不过这次狮吼功更胜一筹,包租婆善狮吼功,一招狮吼功大战六指琴魔,坏人筋脉错乱、衣服也被吼烂了。

虽说影视作品有些夸张,但还是有依据的。其中的原理是声波

声音也是一种能量!声音始于空气质点的振动,如吉他弦、人的声带或扬声器纸盆产生的振动。这些振动一起表现为可视化波形的声波推动邻近的空气分子,而轻微增加空气压力。压力下的空气分子随后推动周围的空气分子,后者又推动下一组分子,依此类推。高压区域穿过空气时,在后面留下低压区域。当这些压力波的变化到达人耳时,会振动耳中的神经末梢,我们将这些振动听为声音。

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声波是声音的传播形式,声波是一种机械波,由声源振动产生。声音传播过程只是能量的传递过程,而不发生质量的传递。声波能使其它物体振动,表明声波具有能量。物体振动发出的声波向四周传播,声波能量逐渐扩散开来。(开发利用:声波吹灰器、声波电动牙刷等商品)

再来几个词语概念普及传播介质除了空气,水、金属、木头等弹性介质也都能够传递声波,它们都是声波的良好介质。在真空状态中因为没有任何弹性介质,所以声波就不能传播了。振幅表示质点离开平衡位置的距离,反映从波形波峰到波谷的压力变化,以及波所携带的能量的多少。高振幅波形的声音较大;低振幅波形的声音较安静。频率声波的频率是波列中质点在单位时间内振动的次数。以赫兹(Hz)为单位测量,描述每秒周期数。例如,1000 Hz 波形每秒有 1000 个周期。频率越高,音乐音调越高。按频率分类,频率低于20Hz的声波称为次声波;频率20Hz~20kHz的声波称为可听波,即人耳能分辨的声波;频率20kHz~1GHz的声波称为超声波;频率大于1GHz的声波称为特超声或微波超声。在这其中,次声波的危害性是比较大的。次声波具有很强的穿透能力,可以穿透建筑物、掩蔽所、坦克、船只等障碍物。7000 Hz的声波用一张纸即可阻挡,而7 Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土,地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。

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次声波能致人于死。人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似(0.01~20赫),倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同,就会引起人体内脏的“共振”,从而使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状,甚至使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳,以致血管破裂,最后促使死亡。

我们知道了原理,再回到现实。在现实生活中,有没有狮吼功?

有些歌手会用高脚杯来训练自己唱歌音准, 对着杯子大声唱出这个音,唱准了杯子就会碎,唱高了或者唱低了,杯子都不会碎。2005年5月美国探索频道的《流言终结者》中,摇滚男歌手文戴拉在高速摄像机的监督下,把嘴边的一个玻璃红酒杯唱成了碎片。

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好的声音条件加上长时间的训练,当你发出的声音和另一物体达到固有频率接近或相同时,那么你也可以学会“狮吼功”。

这个,,对我们普通人来说,好像还是太难了哈!!

不过,有些小实验我们还是很容易操作的,通过这个实验来观察“声音”,看到声音的能量(这个实验可以作为亲子实验来跟孩子一起做)小实验

准备道具:

小收音机1个、气球碎片1张、盐少许、皮筋1个、纸筒1个

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https://cdn.china-scratch.com/timg/191213/1101561P8-4.jpg实验过程:

1、将气球碎片蒙住纸筒口,并用橡皮筋捆绑固定住。

2、将纸筒放在小收音机的喇叭位置处。

3、往气球碎片上撒少许盐粉。

4、开启收音机,并适当调节音量,观察盐粉的情况。https://cdn.china-scratch.com/timg/191213/11015LX2-5.jpg

通过实验我们会发现,刚开始静止的盐粉,在开启收音机后,盐粉跟随音乐的节奏抖动起来,并且音量越大,盐粉抖动越剧烈。

原理:收音机的音乐响起时,引起纸筒内空气振动,进而让气球碎片也跟着一起振动,于是我们看到气球碎片上的盐也振动起来。另外,声音越大,物体振动幅度也越大。所以改变音乐声音大小,也会相应引发盐粒抖动的幅度。

小资料:一些介质中的声速

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scratch编程

做完小实验,我们还可以用scratch编程来复盘——跳舞的盐粉!

同样的,我们准备好道具——选好角色!我们让纸筒放在鼓上,分别用话筒、电子琴和收录机作为声源。自己制作一个小白点代表盐粉,放在气球碎片上。https://cdn.china-scratch.com/timg/191213/11015G633-7.jpg

先制作一个表达“跳动”功能的新积木块。之前,我们通过实验发现“盐粉跟随音乐的节奏抖动起来,并且音量越大,盐粉抖动越剧烈。”所以,跳动的幅度和频率跟音量有关(也跟音乐节奏有关,我们暂不这么清晰表达——简化我们的表达方式),我们接下来要表达的就是音量越大,盐粉跳动的幅度和频率越大,所以制作一个跟幅度和频率相关的跳动积木块。

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然后通过克隆功能,让盐粉铺满气球碎片上。

制作盐粒跳动程序也很简单(当然这种侦测也比较粗糙,我们让中低年级的小学生能够明白其中的原理就够了)

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接下来用不同的声源进行测验!

(请原谅的我电脑的声音,现在电脑运行声音跟拖拉机一样了

哈哈,跟实验的效果是类似的!

转发自“启迪少儿”公众号的原创文章

作者:北京通州的迪迪妈


















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