科学探究8个步骤对一道中考声学题的科学探究

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　　2005年广西壮族自治区柳州市、北海市中考物理试题（课改实验区）第一大题（选择题）的第11小题是一道有关声学的科学探究类试题，原题目如下：　　如图所示，8个相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲击它们，可以发出“1、2、3、4、5、6、7、i”的声音来。这些声音产生的原因和决定音调的因素分别是：
　　A．水振动，水的高度。
　　B．水振动，瓶内空气柱的高度。
　　C．瓶内空气振动，水的高度。
　　D．瓶内空气振动，瓶内空气柱的高度。
　　
　　原评卷参考答案为：D。
　　这道中考题源于课本，关于这道题的解法，《少年素质教育报》（理化周刊）（CN13-0065）2006年1月2日第二版《从2005年中考声现象题目看命题的变化》一文中进行了如下评析：
　　解析本题是对发声体的考查，由以前的竞赛题变化而来，有一定的难度，加强了和音乐、生活的联系。声音产生的原因是瓶内空气的振动．决定音调的因素是瓶内空气柱的高度，瓶内水越多，空气柱的长度越短，音调越高。类似的题目是：在向水瓶中充开水时，随著水位的升高，水的音调越高。答案为D。
　　答案果真如此吗？
　　只要我们亲手做过这个探究实验，并经过认真思考，本题是可以获得正确答案的，为了找出本题中声音产生的原因和决定音调的因素，我们设计并进行了如下科学探究实验。
　　
　　科学探究实验一：
　　
　　声音产生的原因是不是瓶内空气振动？
　　在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验结果是：两个瓶子发出声音的音调明显不同，灌装入水的瓶发出的声音音调较高，灌装入泥沙的瓶发出的声音音调较低。
　　对上述实验现象，可以进行如下分析：
　　两个瓶中空气柱的长度是一样的，如果声音产生的原因是空气柱的振动，那么，用筷子分别敲击两个啤酒瓶时，它们发出声音的音调应该大致相同，现在它们发出声音的音调明显不同，这说明刚才实验中我们听到的声音不是瓶中空气柱发出的，而是另有发声物体，是别的发声体在发出不同音调的声音。
　　另一方面，当改变实验做法，不使用筷子敲击啤酒瓶发声，而是改用嘴分别对着两个瓶口吹气发声，实验结果是：两个瓶子发出声音的音调大致相同。
　　对上述实验现象，分析如下：
　　用嘴分别对着瓶口吹气，这种情况下的发声体应该是瓶中空气柱，两个瓶中空气柱的长度是一样的，两个瓶子发出声音的音调大致相同。
　　分析上述探究实验的结果，我们可以得出如下结论：
　　当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内空气振动。
　　
　　科学探究实验二：
　　
　　声音产生的原因是不是瓶内水振动？
　　在啤酒瓶中灌装入水，比较用筷子敲击啤酒瓶发出的声音和用手摇晃啤酒瓶发出的声音的实验结果是：用手摇晃酒瓶时瓶中水振动厉害，但发出的声音的音色一点不象用筷子敲击啤酒瓶发出的声音，很明显这两次发声来源于不同的发声体。
　　另一方面，进行如下比较实验,用筷子敲击空啤酒瓶发出的声音和用筷子敲击装有水的啤酒瓶发出的声音，发出的声音的音色大体相同，只是音调明显不同，具体情况是空啤酒瓶发出的声音音调较高，装入水的啤酒瓶发出的声音音调较低。
　　分析上述探究实验的结果，我们可以得出如下结论：
　　当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内水振动,应该是瓶子的振动。
　　综合上述探究实验的分析结果，可以得出如下总结论：当用筷子敲击啤酒瓶时，声音产生的原因不是瓶内空气振动,也不是瓶内水振动,应该是瓶子的振动。
　　那么, 当用筷子敲击瓶子时,决定音调的因素是什么呢?
　　
　　科学探究实验三：
　　
　　当用筷子敲击瓶子时,产生声音不同的音调的因素是什么?
　　在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验现象是：灌装入水的瓶发出的声音音调较高，灌装入泥沙的瓶发出的声音音调较低。
　　在两个啤酒瓶中灌装入不同高度的水，用筷子分别敲击两个啤酒瓶，实验现象是：灌装水较少的瓶发出的声音音调较高，灌装水较多的瓶发出的声音音调较低。
　　根据前面探究实验的结论，当用筷子敲击瓶子时，声音产生的原因是瓶子的振动，在两个一样的啤酒瓶中分别灌装入同样高度的水和泥沙，水的质量小于泥沙的质量，用筷子敲击瓶子时，水与瓶子的挤压作用相对泥沙与瓶子的挤压作用而言，水与瓶子的挤压作用较小，因而装水的瓶子较易振动，振动较快，振动频率高，瓶子的振动发出声音的音调较高；反之，装泥沙的瓶子泥沙对瓶子的挤压作用较大，瓶子较难振动，振动较慢，振动频率低，瓶子的振动发出声音的音调较低。
　　同理，在两个啤酒瓶中灌装入不同高度的水，用筷子敲击瓶子时，少水瓶子的水质量小，瓶子水对瓶子的挤压作用较小，瓶子较易振动，振动较快，振动频率高，瓶子的振动发出声音的音调较高。
　　反之，多水瓶子的水质量大，装水多的瓶子水对瓶子的挤压作用较大，瓶子较难振动，振动较慢，振动频率低，瓶子的振动发出声音的音调较低。
　　根据前面的三个科学探究实验分析结论可知，这一道中考声学题出题有问题，四个选项都是错误的，没有选项可供选择，试题中的所配的插图也是错误的，发出“1、2、3、4、5、6、7、i”的声音的八个瓶子，装水最多的瓶子敲击时发出声音的音调应该最低，装水最少的的瓶子敲击时发出声音的音调应该最高，插图中八个瓶子装水的情况刚好弄相反了。
　　人民教育出版出版的现行教材中，义务教育课程标准实验教科书《物理》（八年级上册）也存在这个错误，教材中的所配的插图也是错误的，发出“1、2、 3、4、5、6、7、i”的声音的八个瓶子，插图中八个瓶子装水的情况也是刚好弄相反了，教材编著者和这道中考声学题出题者犯着同样的错误。
　　类似的错误还常出现在各种教辅书中，这里就不再一一指出，请同行们注意。