声音玩具科学原理探讨

听觉为人类重要的感官之一,尤其儿童对于声音的变化相当敏感.因此可以利用声音科学玩具所产生的趣味现象,激发学童探究的学习兴趣.对于教育工作者而言,若能透过适当设计的探究学习过程,在课程中融入模仿科学家研究问题或解决问题的历程,将能达到启发学童认识科学本质及相关科学知识的目的.本文为作者根据多次向中、小学教师介绍如何应用声音玩具发展科学课程的研习内容,内容包括藉由探讨吸管笛的发声现象引起学习动机、介绍驻波现象的发生、探讨吸管笛笛管长度与声音高低间关系、探讨音速大小与基频间的关系、由科学史观点探讨音速及声音传播过程的科学解释. 从科学史观点,牛顿的"音速问题:声音速度的理论值比实验值小15％"为物理科学史中的一个重要问题.此问题曾困扰科学家将近100年时间,期间有无数的科学家投身此问题的研究,包括著名欧拉、拉格兰日、拉普拉斯等人.近代科学对音速的描述来自拉普拉斯所提出的解释,能合理地说明实验结果与牛顿的计算结果间的差异.