13. 为了探究音调与什么因素有关，小明设计了如图3-2-3所示的几个实验，你认为不能够达到探究目的的是()。

13. D

【分析】
要探究音调的影响因素，需明确音调由发声体的振动频率决定，频率不同则音调不同；而响度由振幅决定。需逐一分析各选项中改变的是频率还是振幅，判断是否能达到探究音调的目的。
【解析】
选项A：硬纸板接触齿数不同的齿轮，齿轮齿数不同，硬纸板振动的频率不同，发出声音的音调不同，可探究音调与频率的关系，能达到探究目的。
选项B：改变钢尺伸出桌面的长度，钢尺振动的频率不同，发出声音的音调不同，可探究音调与频率的关系，能达到探究目的。
选项C：改变硬纸片划过梳子的速度，梳子齿振动的频率不同，发出声音的音调不同，可探究音调与频率的关系，能达到探究目的。
选项D：改变吹细管的力度，细管内空气柱的振动振幅不同，发出声音的响度不同，此实验探究的是响度与振幅的关系，无法探究音调的影响因素，不能达到探究目的。
【答案】
D
【知识点】
音调与频率的关系；响度与振幅的关系
【点评】
本题考查声学中音调的影响因素，需区分音调（由频率决定）和响度（由振幅决定）的不同影响因素，逐一分析各实验改变的物理量，判断是否符合探究音调的要求，属于基础声学实验题。
【难度系数】
0.5

14. 学校开运动会，已知光速远大于声速，终点计时员应（选填“看到发令枪冒烟”或“听到枪声”）就开始计时。裁判员正拿着扩音器指挥现场，裁判员的声音通过扩音器后的声波波形是图3-2-4中的（选填“甲”“乙”或“丙”）。甲、乙、丙中，音调相同的是，响度相同的是。

图3-2-4

14. 看到发令枪冒烟 甲 甲、乙 甲、乙、丙

【分析】
要解决本题，需结合声速与光速的差异、声音的三个特性（音调、响度、音色）的决定因素分析：
1. 计时员选择：光速远大于声速，发令时冒烟和枪声同时产生，光传播到终点的时间可忽略，而声音传播需要时间，若听到枪声再计时，会少计声音传播的时间，导致成绩不准确，因此应看到发令枪冒烟计时。
2. 扩音器的波形：扩音器仅增大声音的响度，不改变音调和音色。波形图中，频率决定音调（相同时间内振动次数），振幅决定响度（振动的幅度），波形形状决定音色。对比原声波形，甲的频率与原声相同，振幅更大，波形形状与原声相似（音色不变），符合扩音器的作用；乙的波形形状改变（音色变），丙的频率更小（音调变），均不符合，故选甲。
3. 音调相同：相同时间内振动次数越多，音调越高，甲和乙在相同时间内振动次数与原声相同，丙更少，因此音调相同的是甲、乙。
4. 响度相同：振幅越大，响度越大，甲、乙、丙的振幅（偏离平衡位置的最大距离）相同，因此响度相同的是甲、乙、丙。
【解析】
1. 终点计时员的选择：由于光速远大于声速，光从起点传播到终点的时间极短可忽略，而声音传播需要一定时间，若计时员听到枪声才开始计时，会少计声音传播的时间，使运动员的成绩偏高，因此应看到发令枪冒烟就开始计时。
2. 扩音器后的波形：扩音器的作用是增大声音的响度，不会改变声音的音调和音色。观察波形图：
频率：相同时间内振动的次数，决定音调；
振幅：振动的幅度，决定响度；
波形形状：决定音色。
原声的波形，甲的频率与原声一致，振幅比原声大，波形形状与原声相似，符合扩音器的作用；乙的波形形状改变（音色变化），丙的频率减小（音调变化），均不符合，故裁判员声音通过扩音器后的波形是甲。
3. 音调相同的判断：音调由频率决定，相同时间内振动次数越多，音调越高。甲和乙在相同时间内的振动次数与原声相同，丙的振动次数更少，因此音调相同的是甲、乙。
4. 响度相同的判断：响度由振幅决定，振幅是振动时偏离平衡位置的最大距离。甲、乙、丙的振幅均相同，因此响度相同的是甲、乙、丙。
【答案】
看到发令枪冒烟；甲；甲、乙；甲、乙、丙
【知识点】
声速与光速、声音的特性、波形图分析
【点评】
本题结合运动会计时、扩音器的实际场景，考查声速的应用及声音特性的判断，需掌握波形图中频率、振幅、波形形状对应的物理意义，属于基础应用类题目，难度适中。
【难度系数】
0.6

15. 小华自制的水瓶琴如图3-2-5所示。
(1)用大小相同的力敲击三个装有水的同款瓶子，能够发出“do”“re”
“mi”三种音调越来越高的声音。对应“mi”这个音调的瓶子是（选填“a”“b”或“c”）。
(2)推理：小华用相同的力向瓶口吹气，（选填“空气”或“瓶子和水”）振动发声，发声音调最高的瓶子是（选填“a”“b”或“c”）。

15. (1)c (2)空气 a

【分析】
要解决本题，需明确不同操作下的发声体，再根据发声体的振动特性判断音调高低：
1. 敲击瓶子时，发声体是瓶子和水，水越多，瓶子和水的总质量越大，振动越慢、频率越低，音调越低；水越少，振动越快、频率越高，音调越高。题目中音调“do”“re”“mi”逐渐升高，因此mi对应水最少的瓶子。
2. 向瓶口吹气时，发声体是瓶内空气柱，空气柱越短，振动越快、频率越高，音调越高；需判断三个瓶子中空气柱的长度，确定振动最快的空气柱对应的瓶子。
【解析】
(1) 用相同的力敲击瓶子时，振动的物体是瓶子和水。水的质量越大，振动频率越低，音调越低；水的质量越小，振动频率越高，音调越高。题目中音调越来越高，说明mi对应的瓶子水最少，观察题图可知c瓶水最少，因此对应“mi”的是c。
(2) 向瓶口吹气时，振动的物体是瓶内的空气柱。空气柱越短，振动频率越高，音调越高。三个瓶子中，a瓶水最多，空气柱最短，振动频率最高，音调最高，因此发声体是空气，音调最高的瓶子是a。
【答案】
(1)c (2)空气；a
【知识点】
音调与频率的关系；声音的产生
【点评】
本题考查声现象中音调的影响因素，核心是区分敲击和吹气时的发声体差异，是声现象的基础题型，需准确判断发声体才能正确解题。
【难度系数】
0.6

16. 某研究小组利用一些长短、粗细、材料不同的琴弦探究音调的高低与哪些因素有关。他们选用的琴弦长度、材料在图3-2-6中已标出（其中琴弦的直径关系为$D_a = D_c = D_d ＜ D_b$），并且每根琴弦固定在“音箱”上的松紧程度一致。

(1)若他们想探究音调的高低与琴弦长度的关系，应选择琴弦（填字母符号）。
(2)选择琴弦a、b，是为了探究音调的高低与琴弦的关系。
(3)某同学选择琴弦b、c探究音调的高低与琴弦材料的关系，是否可行？答：。原因是。
(4)此实验用到的研究方法叫作（选填“转换法”“类比法”或“控制变量法”）。

16. (1)a、d (2)粗细
(3)不可行 没有控制琴弦的粗细相同
(4)控制变量法

【分析】
探究音调高低与琴弦某一因素的关系时，需运用控制变量法：只改变要探究的因素，控制其他因素（材料、长度、粗细）保持不变。
(1) 探究音调与长度的关系，需保证材料、粗细相同，仅长度不同。观察琴弦：a和d均为钢（材料相同），直径$D_a=D_d$（粗细相同），长度不同，符合要求；
(2) 琴弦a、b材料相同（均为钢）、长度相同，仅粗细不同（$D_a＜D_b$），因此用于探究音调与粗细的关系；
(3) 探究音调与材料的关系，需控制长度、粗细相同，而b和c的粗细不同，未满足控制条件，因此不可行；
(4) 实验中每次仅改变一个变量，控制其他变量不变，该研究方法为控制变量法。
【解析】
(1) 要探究音调与琴弦长度的关系，需控制材料和粗细相同，改变长度。由题中条件，a、d材料均为钢，粗细（直径）相同，长度不同，因此选择琴弦a、d；
(2) 琴弦a、b的材料、长度相同，粗细不同，因此选择a、b是为了探究音调与琴弦粗细的关系；
(3) 探究音调与材料的关系时，需控制长度和粗细相同，而b、c的粗细不同，未控制粗细一致，因此不可行；
(4) 实验中每次只改变一个待探究的变量，保持其他变量不变，这种方法是控制变量法。
【答案】
(1)a、d (2)粗细 (3)不可行 没有控制琴弦的粗细相同 (4)控制变量法
【知识点】
音调的影响因素、控制变量法
【点评】
本题是声学探究实验的基础题，核心考查控制变量法的应用，需准确分析每组琴弦的变量控制情况，难度适中，适合学生巩固实验方法。
【难度系数】
0.5