初中物理10

钢琴的起源可以追溯到公元6世纪，著名的数学家毕达哥拉斯创制的古钢琴外形非常简单：一个长方形的盒子上有一根琴弦，琴弦下装有一个可移动的楔形琴码。他用数来研究音乐，初步探讨了弦长比例和音乐和谐的关系，为五度相生律作出了重要的贡献。这就是早期的声学研究工作。

音乐是最美丽的语言，当我们聆听音乐时，请想想那些乐器，它们为什么会发出如此和谐而有规律的声音呢？
【观察者】请利用周末的时间去一家乐器店，观察各种乐器。将你看到的乐器分类，写出分类的理由。
【研究者】选取其中一种乐器，研究该乐器改变音调的方法，并用照片和文字说明。
【好奇心】提出一个和乐器有关的科学问题，设计可行的研究方案。（扩大视角，从你看到的任何有趣的细节入手，如：乐器的形状、材质、小附件、使用方法等等）

【美思·点评】初中物理10

【思路】
十年前，我在为一个由艺术特长生组成的班级复习声现象时，一时兴起，顺口提出一个我以为很直白的问题：“钢琴是弦乐还是管乐？”有同学立即大声反驳：“老师，错！钢琴是键盘乐器！”面对这些“小专家”对问题的质疑，我十分心虚，便追问：“那钢琴的发声体是什么？”然而，同学们的眼神四处游离，没有人回答我的问题。我非常惊讶孩子们的反应，又问：“演奏会时你们有人吹黑管，谁来说说黑管的发声体是什么？它通过什么办法来改变音调？”一个孩子被我提名后回答：“是吹嘴发声，通过按键改变音调。”也许，从表面上看，这位同学的回答也说得过去。但是，这样的答案说明一个问题：他对自己吹奏多年的乐器并不了解，显然更不清楚其中所包含的物理原理。
孩子们被引导在一条十分狭窄且目的性太强的路途上学习时，忙于练习、表演或考级的他们已经无暇他顾，本应具有的好奇心过早地被磨灭了，探索精神也随之弱化。但是，翻开名人传记，我们发现每一位不平凡的人都具有极其敏锐的洞察力和灵活的思维能力，都会对身边的事物充满跃跃欲试的钻研热情。
因此，设计本期美思你物理问题的目的是：希望能帮助同学们打破直线思维的僵局，引导大家从“熟视无睹”的物体上重塑好奇心。

【欣赏和点评】
分类能把事情变得有条理、有规律。在初步了解的阶段，运用分类来梳理彼此之间的关系无疑是对事物进行全面、整体把握的最好方法。
绝大多数同学按照发声体的特点，将乐器分成管乐、弦乐和打击乐，在音乐界，这种方法被广泛引用。

学生作品1：

深中初中 ?初三（9）班 ? 余承烨
点评：承烨同学借鉴了生物分类学的方法，对乐器进行多级分类，一张树型图简单明了地说明了各种乐器之间的关系。他还非常细心地用不同颜色表示不同层级——范围越大，底色越深，这种注重细节的做法让人心生敬佩！

学生作品2：
1、提出问题：观察钢琴是如何发声的？比较高音和低音发声过程中的区别。
2、观察：打开钢琴顶端的盖子，按下中央C

发现按键后软锤敲击弦以发出声音。所以开始观察音调较高与音调较低的音的弦的区别，以找到答案。

深中初中 初二（4）班孙轶芸
点评：轶芸同学通过亲自操作，顺利研究出钢琴的发声原理和改变音调的方法。设计合理、操作简单、报告条理清晰。这份优秀的报告也说明钢琴的发声体是琴弦，可以把它归类到弦乐。

学生作品3：
9月26日，我在深圳乐器城观察到了以下乐器：

我自己在学习钢琴和尤克丽丽，我用演奏方法的不同将这些乐器分为四类：

第一类：弹奏类——钢琴、古筝、古琴、吉他（尤克丽丽）、阮、琵琶
以上的乐器是通过直接或间接用手触碰琴弦发出声音。钢琴是间接，其他是的直接。

第二类：吹奏类——竹笛、长号、萨克斯风、葫芦丝
以上乐器是通过口吹发声。

第三类：拉奏类——小提琴、大提琴、二胡、高胡、板胡
以上乐器通过工具（琴弓）在琴弦上拉奏出声音。此类乐器的琴弦上会有小螺纹。

第四类：击打类——架子鼓、钢片琴、快板
以上乐器通过敲打发声。
深中初中 ?初二（9）班 ?刘顺宸
点评：顺宸同学的实地考察精神值得钦佩！从这么多精美的照片中可以看出他一丝不苟的做事态度。通过自己的体验和积极的思考，他对乐器的分类合理而独特，分类的视角别具一格、不落窠臼。
老师也收益良多，第一次听说尤克丽丽这种乐器。

学生作品4：
分类1: 标准管弦乐队分类（发声方法分类）

弦乐器（琴弦振动发声）：小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴、竖琴（非标准配置）；

木管乐器（簧片振动发声，除了长笛）：长笛（管内空气柱振动发声）、双簧管、单簧管、大管；

铜管乐器（空气经过吹嘴振动发声）：圆号、小号、长号、大号；

打击乐器（本体振动发声）：定音鼓、小鼓、大鼓、钹、三角铁、铃鼓、响板、平锣、木琴、马林巴琴、钟琴、颤音琴、钢片琴、管钟；

非常规成员乐器：钢琴（琴弦振动发声）、管风琴（管内空气柱振动发声）、吉他（琴弦振动发声）、萨克斯（管内空气柱振动发声）。
分类2：记谱种类分类

移调乐器（发声与记谱不同）：

A调乐器（记谱比发声高小三度）：A调单簧管；

降B调乐器（记谱比发声高大二度）：降B调单簧管、降B调小号；

F调乐器（记谱比发声高纯五度）：F调圆号；

低音大提琴（记谱比发声高纯八度）

其余标准管弦乐器记谱与发声相同。
分类3：音调种类分类

无固定音高：小鼓、大鼓、钹、三角铁、铃鼓、响板、平锣。

其余在分类1中所述乐器均有固定音高。
深圳中学 ?初一（12）班 ?朱墨白
点评：墨白同学用三种方法分类，思维极其灵活，视角非常专业，介绍的乐器种类繁多，让人叹为观止！
研究改变音调的方法，也就是研究音调高低和哪些因素有关。毕达哥拉斯及其学派认为弦长比分别为2:1、3:2、4:3时发出相隔纯八度、纯五度、纯四度的音程，他们将纯五度作为生律要素，由此产生"五度相生律"。“五度相生律”是西方“乐制之祖”。
很多同学通过观察，发现音调的高低不仅和弦长有关，还和弦的粗细、松紧程度有关。

学生作品5：
吉他改变音调的方法：

方法1. 把旋钮拧紧，弦就紧，音调会升高；放松弦就松，音调会降低。

方法2. 如图，按住弦的不同品，可以改变弦的长短，从而改变音调。

深中初中 ?初二（10）班 ?王天奕

学生作品6：
吉他：吉他有六根粗细不一的弦，通过拨动弦来发声。吉他上方控制弦松紧度的装置。弦越细，越紧，发声音调就越高。

深中初中 ?初二（6）班 ?刘玉灏
点评：实践是获得真知最可靠的途径。王天奕和刘玉灏同学分别找到两种改变音调的方法，完成了影响音调高低的因素的初步探究。他们拍摄的现场图片一目了然，文字简洁清晰，可以看见极有条理的思维习惯。
当我们获得音调和发声体长度、粗细、松紧程度之间粗略的关系后，是否还有继续向前探究的欲望？可喜地是，有同学不满足于这些模糊的关系，开始了弦的长度和音高的定量关系的研究。

学生作品7：

如上图所示，我选择分析小提琴，是因为我学习小提琴已经四年多了。

1、同一琴弦的不同位置对音调变化的影响：
不变因素：假设所有的拉弦都是空弦，琴弦都是使用的E弦不变。
变化因素：左手按弦的位置离指板的距离不同。

对音调的变化影响如下表格所示。

结论：在其他因素不变的情况下，左手按弦的位置距离指板越远，声音越低沉；距离指板越近，声音越清脆。
南山实验麒麟小学六（3）班 谢泰然
（原作品有删减。A弦：小提琴上最粗的弦；E弦，小提琴上最细的弦）
点评：泰然同学试图寻找弦的长度和音调高低（频率大小）之间的数量关系。如果能重复多次实验，收集更多可靠的数据，用数学方法从数据中找出统一的规律，那么，他就已经走上大数学家毕达哥拉斯的研究之路。泰然同学经常在实验中详细记录测量数据和实验现象，这种思维习惯很值得大家学习。分析数据是寻找规律的必经之路。

我国也有十分辉煌的音乐理论，和毕达哥拉斯“五度相生律”类似的“三分损益法”最早出现在春秋时期的著作中，它用宫、徵、商、羽、角来记录五音。到明朝，朱载堉证明了匀律音阶的音程可以取二的十二次方根（即十二平均律），十二平均律的证明是音乐史上的重大事件。现代乐器的制造都是用十二平均律来定音的。

尽管乐器遵循着相同的规律，但在种类繁多的乐器家族中，细节上的些微差别会带来很大的不同。我们设计【好奇者】这个环节，一方面想引导同学们认识到乐器的制作包含着非常丰富的物理原理，另一方面则想巩固美思物理题9所提出的观点：在科学研究中，提出问题比解决问题更为重要。

不少同学已经能提出符合要求的有趣问题：
深圳中学初中部初二（10）班林思杭提问：小提琴的最高音比短笛的最高音要高吗？
南山实验麒麟小学六（3）班谢泰然提出的问题是：小提琴刷的琴漆会对琴的音调产生影响吗？
深圳中学初二（9）班魏千皓提问：封住笛子的一个孔，是否影响整个笛子的音调或音色？
深中初中初二（3）班喻柱期提问：小提琴中提琴，大提琴发出音调的音色，音调，响度不同，与琴的大小有关吗？
点评：在进行探究训练的过程中，对提出的问题有严格的要求。一个问题只有在指向很明确，能告诉人们下一步可以怎样操作时，才能成为探究训练中符合要求的问题。简单的说，这个问题应该是一个判断句，能用“是”或“不是”来回答。

还有一些同学观察细致，思维发散，有着让人莞尔的奇思妙想：
深圳中学初中部初二（9）班廖梓晋同学以陈述的方式提出疑问：钢琴下的脚踏板的作用及运作方式？
深中初中初二（9）班刘顺宸的分享：有一次，电视上有个节目，当时挑战者带了一把钢锯上来，大家都大吃一惊，结果他用钢锯演奏了一曲二胡曲。

开动脑筋的时候到了。想想我们身边有没有类似的用具，通过一定改造可以变成一种全新的乐器呢？
深圳中学初中部 初三（9）班余承烨的看法：关于这个研究，我一直都想提出一个问题：我经常看到有人演奏乐器，我常常想：要是乐器是透明的，可以看到内部结构，那有多好看！（言下之意：乐器不做成透明的，原因是什么？）
深圳中学初中部 初二（9）班彭靖琛的思虑：我们都知道吉他是用弹拨的形式发声，那如果用小提琴的弓来拉会怎么样呢？

点评：正是对生活有深入的思考，才能提出疑问，而一个新奇的疑惑能引发出有价值的探究。从疑惑出发，运用科学的思维（猜想）提炼出相应的变量，让疑惑具体化，这样就开始了科学探究的第一步。如：钢琴下的脚踏板是用来改变响度的吗？透明玻璃或塑料不能用来制作乐器外壳，是因为音色不好吗？经过这样的改动后，一个疑惑立即就变成了可研究的科学问题。

本期美思物理问题收到了很多同学亲自体验、独立设计的优秀作品，鉴于点评观点要集中、逻辑要顺畅等原因，故不能将众多优秀的作品一一展示，特在优秀名单中对一些同学提交的答案做整体评价，以示鼓励。

解题智慧奖：

深中初中 ?初二（9）班刘顺宸 （丰富、流畅，思维发散）
深中初中 ?初三（9）班 ? 余承烨（唯美、开阔、简洁）
深圳中学 ?初一（12）班 ?朱墨白（专业、深入、详细、有高度）
南山实验麒麟小学六（3）班谢泰然（严谨、观察入微、完整）
深圳中学初中部初二（10）班 林思杭（巧妙、视角独特）

解题能手奖：

深中初中 ?初二（10）班 ?王天奕
深中初中 ?初二（6）班 ?刘玉灏
深圳中学初二（9）班 ?魏千皓
深圳中学初中部初二（9）班 彭靖琛
深中初中 初二（4）班 ?孙轶芸
深圳中学初中部初二（9）班廖梓晋
深中初中 初二（9）陈镭丹
深中初中 初二（10）班 刘彦灵 王琼芳
深中初中 初二（9） 郑骏基
宝安实验学校初一（2）班 李子凡
无名氏（文件名为“乐器和规律”）

解题优秀奖：
深圳中学初中部 ?初二（8）班 ?严若琳
深中初中 ?初二（7）班 ?黄梓正
深中初中 ?初一（8）班 ?林子一
深中初中 ?初一（10）班 张弘韬
深中初中 ?初二（3）班 ?喻柱期
深中初中 ?初二（3）班李玲
深中初中 ?初二（3）班胡菀桐
深圳中学 ?初二（10）班徐小岚
深中初中 ?初二（9）班张蔚然
深中初中 ?初二（6）班石家琦
深中初中 ? 初二（10）班 王北斗
深中初中 ?初二（10）李俊豪
深圳中学 ?初二（3）班 ?沈培锟
深中初中 ?初二（3）班林嘉文