声音的特征
知识梳理
本节主要学习声音的三要素，重点是对声音响度、音调、音色的理解，知道影响声音特征的主要因素，并能比较响度的大小和音调的高低，这也是中考时的重点考查内容。中考常见考试题型为填空题和选择题，有时也以实验考查音调和响度。
一、音调
音调：在物理学中，把声音的高低称为音调。音调是描述声音高低的物理量。
通过实验表明：音调的高低与物体振动快慢有关，物体振动越快，音调越高，物体振动越慢，音调越低。物理学中，我们把每秒振动的次数叫做频率，用来描述物体振动的快慢，单位是赫兹，简称赫，符号Hz，例如10Hz表示物体1s振动10次。频率决定音调，频率越大，音调越高，频率越小，音调越低。在波形图中，音调高的波形更密集，音调低的波形更稀疏，我们可以通过波形图来判断音调高低。
音调的高低与发声物体的形状、尺寸和轻重等多种因素都有关系，一般长、大、重、厚、粗、松的物体音调低，而短、小、轻、薄、紧的物体音调高。例如女生声音比男生声音音调高的原因是男人声带宽而厚，振动频率低，所以声音低沉；女人声带窄而薄，振动频率高，所以声音尖细。再如手指按住笛子上的不同的孔吹出的声音音调不同，原因是不同孔发声时，空气柱长度不同，就能发出不同音调的声音了。
人耳感受声音频率范围大约从20Hz到20000Hz，低于20Hz的叫次声波，高于20000Hz的叫超声波，不管是超声还是次声，人耳都无法听到，但是某些动物能够听到，例如蝙蝠靠超声波辨别方位。
二、响度
响度：在物理学中，把声音的强弱称为响度。响度是描述声音强弱的物理量。
课本实验中观察到，敲击音叉力量越大，乒乓球弹开幅度就越大，也就是振动的幅度越大，产生声音的响度就越大。物理学中把物体振动的幅度称为振幅，物体振幅越大，响度就越大。声音的强弱常用响度来表示，其单位是分贝（dB）。
影响响度的两个因素：
1．声音的响度一般与声源振动的幅度有关，振幅越大，响度越大。
2．声音的响度还与声音的传播距离和分散程度有关。声音是向四面八方传播的，人距声源越远，声音越分散，人耳感受到的声音响度就越小，反之就越大。
在波形图中，响度大的声音波形高低落差越大，响度小的声音波形高低落差越小，我们可以通过波形图中的波形高低来判断响度的大小。
三、音色
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声音的品质与特色叫音色，曾经叫音品。不同发声体的材料、结构不同，发出的声音的音色也就不同。音色是由发声体本身的因素决定的，发声体变化音色也变化。
四、透析声音的三要素
1．音调和响度是声音的两个本质不同的特征，音调高响度不一定大，响度大的音调也不一定高。如男低音歌唱家大声演唱时，女高音歌唱家轻声伴唱，女高音虽然音调高，但是只是伴唱，响度小，男低音是主唱，响度大但音调低。
2．声音在介质中传播速度是由介质种类决定的，与声音的振动频率无关，在同一个介质中，频率不同的声音传播的速度都相同。
3．音色反映了声音的品质与特色，是声音的第三个特征。音色与发声体本身的材料、结构等有关。闻其声而知其人，根据说话的声音即可判断是谁在讲话，就是不同人音色不同，我们能将音调和响度都相同的二胡声和钢琴声分辨出来，也是因为它们的音色不同。
影响因素
音调
响度
音色
与发声体振动的频率有关，频率越快，音调越高
与发声体振动的振幅及距离发声体的远近有关，振幅越大，距离发声体越近，响度越大
与发声体的材料和结构等自身因素有关
生活实例
①声音的“粗”、“细”；②男高音、女高音；③管乐器的空气柱越长，音调越低；④弦乐器的弦、打击乐器的鼓皮绷得越紧，音调越高；⑤声音越尖细，音调越高等
①声音的“大”、“小”；②打击乐器时，用力越大，响度越大；③调整收音机音量，响度变化；④“声振林木”、“歌声嘹亮”、“响彻云霄”、“震耳欲聋”等
①“闻其声知其人”；②声纹锁；③区分不同发声体的依据等
区别
①音调和响度没有必然的联系，音调高的声音响度不一定大；②在声音的传播过程中，音调、音色一般不会变化，响度随传播距离的增大逐渐减小
重难点突破
重难点01 声音三要素判断
典例在线
医生用听诊器听病人的心、肺发出的声音进行诊病，听诊器能
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A．改变发声休振动的频率，使声音的音调变高
B．改变发声体振动的振幅，使声音的响度增大
C．减少声音的分散，使传入人耳的声音响度增大
D．缩短医生与声源的距离，使传入人耳的声音音调变高
【参考答案】C
【详细解析】听诊器的基本原理就是利用声音在管内空气中集中传播，减小声音的分散，提高声音的响度，从而更清楚的听到声音。故C正确。
【名师点睛】做题时把握好音调与发声体振动的频率有关，频率越快，音调越高；而响度与发声体振动的振幅及距离发声体的远近有关，振幅越大，距离发声体越近，响度越大。
即时巩固
1．下列探究声音的实验中，能用来探究影响音调高低因素的是
A． B． C． D．
【答案】C
2．吼猴是世界上叫声最响的动物之一，它是靠声带的 发出雷鸣般的吼声警告其他动物不要侵犯它的领地。这里的“雷鸣般”描述的是声音的 特性。人们可以根据声音的 特性分辨出吼猴的叫声。
【答案】振动 响度 音色
重难点02 声音的特性与波形
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典例在线
如图所示声波的波形图，下列说法错误的是
A．甲、乙、丙的响度相同
B．甲、乙、丁的音调相同
C．丙的音调最低
D．甲、乙的音色相同
【参考答案】D
【详细解析】从图中可以看出，甲、乙、丙振动的幅度相同，只有丁振动的幅度小，故A正确；相同时间内，甲、乙、丁振动的次数相同，频率相同，所以它们的音调相同，故B正确；相同时间内，丙图振动的次数最小，频率最小，所以丙的音调最低，故C正确；甲、乙振幅相同，波形的形状不同，说明它们的音色不同，故D错误。故选D。
【名师点睛】音调与频率有关，频率不同时，声音的振动的疏密程度不同；响度与振幅有关，振幅不同，声波振动的幅度不同；音调和响度相同的不同乐器所发出的声音的波形不同。
即时巩固
1．音乐小组的几位同学制作了各自的乐器，乐器发声的波形图如图所示，对此说法不正确的是
A．乐器发声时都在振动 B．乐器发声的音色相同
C．乐器发声的响度相同 D．乐器发声的音调相同
【答案】B
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2．根据图中发声体的振动图象，写出相应的变化情况。
【答案】①大 ②高 ③小 ④低
【解析】①与原波形图相比，声音的振幅增大，所以声音响度变大；②与原波形图相比，声音的振动变快，频率变高，所以声音的音调变高；③与原波形图相比，声音的振幅变小，所以声音的响度变小；④与原波形图相比，声音的振动变慢，频率变低，所以声音的音调变低。
培优训练
1．在公共场所“轻声”说话是文明的表现，而在旷野中要“高声”呼喊才能让远处的人听见。这里“轻声”和“高声”是指声音的
A．响度 B．音调 C．音色 D．频率
【答案】A
【解析】在公共场所“轻声”说话是指声音的响度要小；旷野中要“大声”喊叫，是指声音的响度要大。所以这里的“轻声”和“高声”是指声音的响度。故选A。
2．在往保温瓶里灌开水过程中，听声音就能判断瓶里水位的高低，这是因为
A．灌水时，水越来越多，水的振动加快，因而音调越来越高
B．灌水时，加剧了瓶的振动，所以音调越来越高
C．灌水时，由于瓶内空气柱越来越短，空气振动频率变高，我们听起来音调越来越高
D．以上说法都不对
【答案】C
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【解析】音调是由振动频率决定的。水越多，瓶内的空气柱越短，空气柱振动越快，频率越高，音调也越来越高，所以听声音就能判断瓶里水位的高低。故AB错误，C正确。
3．2015年6月1日“东方之星”大型豪华游轮突遇龙卷风，在一两分钟之内倾覆倒扣在水中，当时船上大多数人都准备休息。因此，事故发生时该船没有向外发出任何求救信号，船沉入江中，呈倒扣状，给救援工作造成极大困难，救援人员采用了音频生命探测仪（如图），它的多个探头接触船底，收集倒扣船体里幸存者的微弱呼救声、呼吸声、心跳声等，探测仪将音频信号放大，救援人员就可以发现幸存者。下列说法错误的是
A．幸存者能听见探测仪发出的超声波
B．探测仪收集声音信号时利用了固体可以传声
C．幸存者发出的声音与外界噪声的音调、音色不同
D．白天噪声较大，探测仪更适合在安静的夜晚使用
【答案】A
4．“B超”是利用超声波来诊断病情的，但是人们却听不到它发出的声音，这是因为
A．声音太小
B．超声波无法传到人耳
C．超声波的频率小于人耳能听到的声音的频率
D．超声波的频率大于人耳能听到的声音的频率
【答案】D
【解析】人耳听觉范围是20 Hz~20 000 Hz，低于20 Hz的是次声波，高于20 000 Hz的是超声波，次声波和超声波不在人的听觉范围内，人们听不到。“B超”是利用超声波来诊断病情的，人耳听不到。正确选D。
5．下列关于声音的说法中正确的是
A．电视机上的“音量”按钮是用来调节音调高低的
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B．“隔墙有耳”说明固体也能传声
C．“震耳欲聋”主要说明声音的音调高
D．“闻其声而知其人”主要根据音调来判断的
【答案】B
6．如图所示，小明在艺术节上用吉他弹奏优美的乐曲。对于吉他发出的声音，下列说法正确的是
A．乐曲的声音是通过空气传入人耳的
B．变换手指按压弦的位置可以改变声音的响度
C．用力拨动吉他弦可以提高声音的音调
D．拨动粗细不同的弦可以改变吉他的音色
【答案】A
【解析】地球周围有空气，所以乐曲的声音是通过空气传入人耳的，A对；变换手指按压弦的位置是通过改变琴弦长度改变声音的音调，B错误；用力拨动吉他弦是通过增大声音的振动幅度，提高声音的响度，C错误；拨动粗细不同的弦可以改变吉他的音调，D错误；故选A。
7．敲锣时，要想使锣停止发声，只要用手按住锣面即可，这是因为
A．锣声通过手掌被人吸收
B．手对锣面形成真空，无法传声
C．锣面停止振动
D．有声音，但被手遮住，听不到
【答案】C
【解析】A、声音可以通过固体、液体、气体传播，手掌也可以传声。B、手与锣面是不可能形成真空的。C、锣面停止振动，锣声就会立即停止发声。D、声音可以通过手传播，手是遮不住声的。故选C。
8．根据中国地震台网正式测定，北京时间2016年1月4日18时27分，新疆伊犁州新源县（北纬43.60度，东经82.99度）发生4.6级地震。有些动物比人提前感觉到，是因为地震时伴有 声波产生；某科学探测船装有回声探测仪器，探测水下有无暗礁，其利用的是 声波。
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【答案】次 超
9．如图所示，小明设计了下面几个实验探究声音的特征：
（1）为了探究音调与什么因素有关，你认为下面四幅图中不能够完成探究目的的是 。
（2）如图A所示，硬纸板接触齿数不同的齿轮，齿数越多， （填“音调”、“响度”或“音色”）越高。如图D所示，吹笔帽发出的声音是 振动产生的。
（3）如图B所示，将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌面适当的长度，拨动钢尺，就可听到 （填“钢尺”或“桌面被拍打”）振动的声音，若改用更大的力拨动钢尺，则听到声音的 （填“音调”、“响度”或“音色”）变大；逐渐增加钢尺伸出桌面的长度，仔细聆听钢尺振动发出声音后，发现音调逐渐变低了，观察发现此时钢尺振动慢了，当钢尺伸出桌面超过一定长度时，虽然用同样的力拨动钢尺，却听不到声音，这时由于 。
【答案】（1）D （2）音调 空气 （3）钢尺 响度 振动频率小于20 Hz，发出次声波
【解析】（1）硬纸板接触齿数不同的齿轮，振动的频率不同，发出的声音的音调不同，不符合题意。改变钢尺伸出桌边的长度振动的频率不同，发出的声音的音调不同，不符合题意。用塑料尺在梳子齿上快慢不同的滑动时，梳子齿振动的频率不同，发出的声音的音调不同，不符合题意。改变吹笔帽的力度，振幅不同，响度不同，研究响度跟振幅的关系，符合题意。
（2）当纸片与齿轮接触时，齿轮越多的可以使纸片在相同时间内振动次数越多，纸片发声的音调就会越高；吹笔帽发出的声音是空气振动产生的。
（3）改变钢尺伸出桌面的长度，用同样大小的力拨动其伸出桌面的一端，这样会导致钢尺振动的快慢不同，即发出声音的音调不同；钢尺伸出桌面超过一定长度，振动得很慢，即钢尺振动的频率小于20 Hz，所以人耳听不到。
10．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，提出了以下猜想：
猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关
猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关
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猜想三：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，他们找到了表中所列9种规格的琴弦，因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是小华又借来一个能够测量声源振动频率的仪器进行实验。
（1）为了验证猜想一，应选用编号为 、 、 的琴弦进行实验。
（2）为了验证猜想二，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，为了验证猜想三，最好填上该项内容。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 。
编号
材料
长度（cm）
横截面积（mm2）
A
铜
60
0.76
B
铜
60
0.89
C
铜
60
1.02
D
铜
80
0.76
E
铜
F
铜
100
0.76
G
铁
80
1.02
H
尼龙
80
1.02
I
尼龙
100
0.89
【答案】（1）A B C（可以不按顺序） （2）A D F（可以不按顺序） （3）80 1.02 （4）改变琴弦的松紧程度
【解析】控制变量法就是控制其他的因素不变，研究物理量与该因素的关系。（1）当研究琴弦发出声音的音调高低可能与琴弦的横截面积有关时，应控制材料和长度相同，故选A、B、C；（2）当研究琴
11．运用声呐系统可以探测海洋深度，如图所示是科学家为了探测海底的深度在海平面垂直的方向上，用声呐向海底发射超声波。如果经6 s接收到来自大海底的回波信号。
（1）该处的海深为多少？（海水中声速是1 500 m/s）
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（2）在月球上能否用声呐技术来测量物体间的距离？为什么？
【答案】（1）4 500 （2）不能，真空不能传声（月球表面无空气）
【解析】（1）超声波从海面传到海底的时间为t=6 s/2=3 s
那么海水的深度为s=vt=3 s×1 500 m/s=4 500 m
（2）超声波需要在介质中传播，真空中没有介质不能传声，因此不能用超声波声呐测太空的距离
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