用计算机观察声音的波形,用几何画板观察声音的波形

用几何画板观察声音的波形

殷正徐

(江苏省沭阳高级中学,江苏沭阳 223600)

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在人教版新课标教材《选修3-4》第十一章机械振动第二节简谐运动的描述中，编排了“做一做”这个栏目——用计算机观察声音的波形(图一)，加深了学生对频率概念的理解，提高了学生学习物理的兴趣，同时也体现了新课程“走近生活”的理念。这样的编排无疑是非常好的，但笔者在实际操作过程中却感到不便，主要是操作流程繁琐：1、现场演奏音乐2、演奏同时录音，然后保存3、播放录音并截屏4、将截得图片放在同一张幻灯片上比较频率，这么多的操作步骤必然需要很多时间。

有没有简单易行的方法呢？有，用几何画板！几何画板5.0以后的版本加入了一个声音按钮，该按钮一般都处于灰色不可用状态，所以我们可能没有注意它的存在，今天就让它现出原形为我们所用。

先来介绍一下如何创建声音按钮。创建一个正弦函数，在函数处于选中状态点击“编辑”菜单，选择“操作类按钮”(图二)，

“声音”按钮变黑、可用了！点击确认，这样屏幕上就创建好了一个声音按钮“听到函数f”，赶快点击试试，聆听一下自己创造的音符吧！

学以致用，如何把它整合到教学中来呢？这节课题是简谐运动的描述，要让学生构建振幅和频率的概念并理解它们的物理意义，在刚才建立的函数中，3表示振幅，264表示频率(C调中的do)。右击函数表达式，选择“绘制函数”命令，可以创建这个声音的振动图像(图三)，可以从视觉上直观反映出振幅和频率①的意义。保持声音按钮处于已点击状态，双击表达式可以改变振幅数值，如把3改成5，可以看出函数图像的振幅变大了，听到的声音也变大了；调整频率的大小，把264变成528，可以看到函数的频率变大了，听到的音调也变高了。这样我们就从视觉和听觉同时感受到了振幅和频率的意义。

这样的演示能够调动学生学习物理的积极性，激起学生的求知欲望。但在实际操作过程中，总感觉来回改变数值的演示不够流畅，能否再优化一下呢，动态改变振幅和频率呢？几何画板5.0以后的版本，除了增加上述声音按键外，还增加了其他许多实用功能，譬如：点的值。在画板上先画一条线段AB，保持线段选中状态，然后点击“构造”菜单上“线段上的点”，再点击“度量”菜单上“点的值”命令，得到“C在AB上的值=x.xx”,此值实际就是线段AC与AB的比值。为了增加振幅上限，点击“数据”菜单上“计算”命令，点击“C在AB上的值=x.xx”后乘以5，确定并且右击修改表达式的标签为“A”。同样方法，先创建线段DE，创建点F用来控制频率的变化，表达式为20+“F在DE上值”*19980，表示人耳的整个听觉范围(20Hz～20000Hz)，修改其标签为“f”。建立函数，绘制函数，创建声音按钮(图四)。点击播放按钮，拖动C、F，看看图像，听听声音，是不是比课本上的方法更方便些呢？

①此时几何画板绘制的图像并非实际图像，因为频率太高，如果如实绘制就不是线而是面了，此时几何画板会根据设定的频率漏掉一些点，所以可能会出现增大频率图像却变疏的现象，这也是你所绘制的图像与图三可能不同的原因。

图一

图二

图三

图四

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