控制变量法的应用

2008-10-15 10:53杨佳铭
关键词:弦乐器音调琴弦

杨佳铭

“控制变量法”是初中物理中常用的探究问题的科学方法.由于影响物理研究对象的因素在许多情况下并不是单一的,而是多种因素相互交错、共同起作用的,所以要想精确地把握研究对象的各种特性,弄清事物变化的原因和规律,必须人为地制造一些条件,便于问题的研究.

例如,当一个物理量与几个因素有关时,我们一般是分别研究这个物理量与各个因素之间的关系,再进行综合分析得出结论.这样就必须在研究物理量与其中一个因素之间的关系时,将另外几个因素人为地控制起来,使它们保持不变,以便观察和研究该物理量与这个因素之间的关系,这就是“控制变量”的方法.在声学的探究过程中多次运用到了控制变量的思想.

例 在学习吉他演奏的过程中,小华发现琴弦发出声音的音调高低是受各种因素影响的,他决定对此进行研究.经过和同学们讨论,小华提出了以下猜想.

猜想1:琴弦发出声音的音调高低,可能与琴弦的横截面积有关.

猜想2:琴弦发出声音的音调高低,可能与琴弦的长短有关.

猜想3:琴弦发出声音的音调高低,可能与琴弦的材料有关.

为了验证上述猜想是否正确,他们找到了下表所列9种规格的琴弦.因为音调高低取决于声源振动的频率,他们又借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验.

(1)为了验证猜想1,应选用编号为___________、___________、___________的琴弦进行实验.

(2)为了验证猜想2,应选用编号为___________、___________、___________的琴弦进行实验.

(3)表中有的材料规格还没填全,为了验证猜想3,必须知道该项内容,请在表中填上所缺数据.

(4)随着实验的进行,小华又觉得琴弦音调的高低,可能还与琴弦的松紧程度有关,为了验证这一猜想,必须进行的操作是:___________.

分析 本题是考查弦乐器音调高低与哪些因素有关的探究题,利用了物理实验探究的重要方法之一——控制变量法.

(1)探究琴弦发声的音调与弦的横截面积的关系时,应控制琴弦的长度、琴弦的材料相同,选择横截面积不同的琴弦相比较,即选择长度、材料相同而横截面积不同的三根琴弦进行实验,故只能选用表中编号为A、B、C的琴弦进行实验.

(2)探究琴弦发声的音调与弦的长短的关系,应控制琴弦的材料、琴弦的横截面积相同,选择长度不同的琴弦相比较,因此只能选用表中编号为A、D、F的琴弦进行实验.

(3)探究琴弦发声的音调与弦的材料的关系时,应控制琴弦的长度、粗细相同,选择不同材料的琴弦相比较.从表中找到铜、钢、尼龙三种材料,在已知长度和横截面积的铜材料中,没有与钢、尼龙的长度、粗细都相同的琴弦,只有琴弦E的规格没有填全.因此若想验证猜想3,编号为E的琴弦长度应为80 cm,横截面积为1.02 cm2.

(4)想探究琴弦音调的高低与琴弦的松紧程度的关系时,可选取一根琴弦,先不拉紧琴弦,拨动琴弦,然后拉紧琴弦,用相同的力拨动琴弦,用测量振动频率的仪器分别测出相应的振动频率,进行分析比较.

练习

学习声音之后,小李等同学提出这样一个问题:二胡、琵琶等弦乐器为什么能演奏出不同音调?

在认真观察弦乐器之后,他们提出了这样几种猜想:①弦乐器的音调跟弦的长短有关;②弦乐器的音调跟弦的松紧有关;③弦乐器的音调跟弦的粗细有关.

为了研究猜想①是否正确,小李等同学进行了如下实验:如图1所示,将一根胡琴弦的一端绕结在桌子的腿上,另一端绕过桌边的小滑轮,挂上几个钩码,使它在桌面上拉紧,并用A、B两个三角形柱状小木块将弦支起,用一把塑料尺弹拨弦的中部,就可以听见弦发出的声音.在其他条件不变的情况下,改变A、B间的距离进行多次实验,同学们发现A、B间的距离越长,音调越低.

(1)小李通过上述实验得出的结论是:同一根弦松紧相同时,弦越长音调越___________.

(2)在实验过程中,小李要在其他条件不变的前提下,改变A、B之间的距离,所运用的一种研究方法是___________

(3)图2中,小提琴演员演奏时,手指要在弦上不停地移动,这样做的作用是什么?

(4)请你将小李他们的实验改进成能探究猜想③的实验.(写出实验的方法和注意点).

(5)探究过程通常采用下列一些步骤:①分析归纳;②实验研究;③提出问题(或猜想);④得出结论等.你认为小李要完成本探究的全过程,所采取步骤的合理顺序应该是:___________.(只填写数字代号)

参考答案:(1)低 (2)控制变量法 (3)改变弦的长度从而改变音调 (4)保持其他条件相同,使用粗细不同的弦 (5)③②①④

责任编辑 程 哲

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