17. 实验 考法 创新实验 「2026广东潮州期中，★★」（14分）如图所示，有5只相同材料、相同厚度的玻璃量筒，横截面积$S_a = S_b ＜ S_e ＜ S_c = S_d$。各量筒内装有水，小红猜想气柱发声的音调可能与：①气柱的长度有关；②气柱的横截面积有关；③水柱的长度有关。于是她在实验室找来了测量声音频率的仪器，用同样大小的力在量筒口吹气，并记录声音的频率，如表：


(1)若探究猜想①，应选量筒。
(2)若选择的是量筒b、c，则探究的猜想是（选填序号）。
(3)选择量筒，小红用同样大小的力在所选的量筒口吹气，所发出的声音音调（选填“相同”或“不同”），从而得出结论：气柱发声的音调与水柱的长度（选填“有关”或“无关”）。
(4)如果用同样大小的力敲击c和d使它们发声，所发出的声音音调较高。
(5)在量筒e口上吹气，所发出声音的频率可能是（选填“380”“300”或“240”）Hz。

17.答案 (1)a、b (2)② (3)c、d 相同 无关 (4)c (5)300
解析 (1)猜想①是气柱发声的音调可能与气柱的长度有关,根据控制变量法可知,需选择气柱长度不同而其他条件相同的量筒进行实验,故应选择量筒a和b进行实验。
(2)量筒b、c的气柱长度相同,水柱长度相同,但横截面积不同,根据控制变量法可知,探究的是气柱发声的音调与气柱横截面积的关系,即猜想②。(3)要想探究气柱发声的音调与水柱的长度的关系,根据控制变量法知,应选择水柱长度不同,气柱长度和横截面积相同的量筒,即选择c、d;用同样大小的力吹气,由表格数据可知,频率相同,音调相同,则气柱发声的音调与水柱的长度无关。(4)用同样大小的力分别敲击量筒c、d时,量筒和量筒中的水振动发声,量筒c中的水柱较短,容易振动,频率较高,音调较高。(5)吹气时,气柱发声的音调高低与气柱的长度、横截面积有关,量筒e的气柱长度与b、c的相同,气柱横截面积比b的大、比c的小,所以气柱振动的频率应介于274~352 Hz,则量筒e内气柱所发出声音的频率可能是300 Hz。

【分析】
这道题是探究气柱发声音调影响因素的创新实验，核心方法是控制变量法：探究某一因素对音调的影响时，需保持其他因素不变，仅改变该因素。解题时需先明确每个猜想对应的变量，结合量筒的横截面积、气柱长度、水柱长度参数选择符合条件的量筒；同时要区分“吹气时发声体为气柱”“敲击时发声体为量筒和水”的差异，最后根据变量关系判断频率范围。
【解析】
(1) 探究猜想①（气柱长度对音调的影响），需控制气柱横截面积、水柱长度相同，改变气柱长度。量筒a、b的横截面积相同，气柱长度不同，符合要求，故选a、b。
(2) 量筒b、c的气柱长度、水柱长度均相同，仅横截面积不同，因此探究的是气柱横截面积对音调的影响，对应猜想②。
(3) 探究气柱发声的音调与水柱长度的关系，需控制气柱长度、横截面积相同，改变水柱长度，故选c、d；由实验数据可知，c、d吹气时声音频率相同，音调相同，因此气柱发声的音调与水柱长度无关。
(4) 敲击量筒时，发声体是量筒和其中的水，水柱越短，振动频率越高，音调越高。量筒c的水柱比d短，故c的音调更高。
(5) 吹气时，气柱发声的频率与气柱长度、横截面积有关。量筒e的气柱长度与b、c相同，横截面积介于b和c之间，b的频率为274Hz，c为352Hz，因此e的频率应在274Hz~352Hz之间，故可能是300Hz。
【答案】
(1)a、b (2)② (3)c、d；相同；无关 (4)c (5)300
【知识点】
音调与频率的关系、控制变量法、声音的特性
【点评】
本题为声学探究类创新题，重点考查控制变量法的实验应用，同时区分了不同操作下的发声体，对学生的实验探究能力和概念理解能力有较好的考查，是典型的探究性题目。
【难度系数】
0.5