声音还能这样玩?4个滑块,把初中物理声现象变成一间实验室

模块一 · 示波器与三特性对比

频率、振幅、音色各一个滑块，配一块双通道示波器。能把任意一条波形「锁定」成虚线参考波，跟当前波形同屏叠着比。

模块二 · 三大必考实验

钢尺伸出桌面、音叉弹乒乓球、八个水杯敲与吹。教材上要摆一桌器材的三个实验，在这里全是点击。

模块三 · 真空罩与介质声速

抽气机连着玻璃罩，气压能从 100% 一路抽到 0；另一条支线是钢铁、水、空气的传声赛跑。

随堂 · 四道中考真题

选完立刻判对错，下面跟一段解析，题目可以换。四道题分别卡在波形读图、暖水瓶灌水、钢尺次声波、闻声识人。

模块一顶部有四个一键档位：同振幅不同频率、同频率不同振幅、同音调同响度只换乐器、乐音对噪声。每切一次，上一条波形会留成虚线停在原位，实线是现在的。学生要做的只有一件事——说清楚这两条线差在哪。疏密不同是音调，高低不同是响度，疏密和高低都一样、只有拐角变了，那是音色。

伸出桌面的长度能从 6 厘米拖到 28 厘米。越短，振动越快，屏幕上的残影越密，音调越高。拖过 24 厘米，右上角监测窗立刻变红，跳出四个字：次声波盲区——频率掉到 20Hz 以下，你还看得见钢尺在抖，却听不见任何声音。这道题年年考，讲十遍不如让他自己拖一次。

重敲音叉，乒乓球被弹开的幅度明显变大，屏幕上实时显示弹开的角度。但右上角的频率读数始终是 440Hz 不动——力度只改振幅，不改固有频率，响度变了，音调没变。乒乓球在这里不负责表演，它负责把肉眼看不见的微小振动，翻译成看得见的大位移，这叫转换法。

八只杯子，水位从 1 号到 8 号依次升高。用筷子敲，1 号杯水最少、质量最小、振动最快，音调最高，从左到右一路降低。改成在杯口吹气，发声体换成了水面上方的空气柱：水越多，空气柱越短，振动越快，音调最高的变成了 8 号杯。同一个道具，两个相反的答案，这是整章最容易丢分的地方。

点「启动抽气机抽气」，罩里的空气分子肉眼可见地变少，电铃的小锤从头到尾都在敲，可传出来的铃声一路变小，抽到 0 就剩一片安静。反手打开阀门放气，铃声又慢慢回来。电铃一直在动，声音却没了——这一帧就是「真空不能传声」的全部说服力。实验加推理，因为实验室抽不到绝对真空。

敲一下左端，三条轨道上的声波脉冲同时出发。钢铁一路领先，水在中间，空气落在最后。铁轨听声那道题（长铁管一端敲一下、另一端听到三次响）在这里变成了一场可以重播的赛跑，谁快谁慢不用背。

画面上每一条曲线都来自同一个函数，做的事很简单：把若干条正弦波按不同权重加起来。音叉只有基波，是一条干净的正弦；单簧管给奇次谐波加权；小提琴的泛音一路叠到第八次，曲线因此带锯齿感；钢琴的泛音衰减得快，看着就圆滑。铁钉刮玻璃最特殊——四条频率互不成整数倍的正弦叠在一起，永远不重复，所以它看着杂乱、听着刺耳。乐音和噪声在数学上的分界线，就在这里。

声音走的是浏览器内置的 Web Audio。它允许直接给出一组傅里叶系数来定义音色，前面那四张谐波表就是这么来的，所以整个课件里没有一个 mp3，音高和音量全是实时参数。真空罩那段更直白：铃声响度按气压的 1.4 次方衰减，抽气的过程本身就是一条音量曲线。

画布上没有一个图片文件。钢尺振动是画五帧残影，靠残影的疏密表现振动快慢；真空罩里的空气分子数量直接跟气压挂钩，满压时 95 个，抽到真空一个不剩；音叉的波纹是一圈圈往外走的半圆弧。这套东西全部加起来 76KB，比手机里随便一张截图还小。

零图片、零音频、零外部依赖

说个实在话：声速赛跑那三条轨道的画面速度是缩放过的，按三档大致是 1、0.48、0.22 倍。真要按 5200、1500、340 米每秒的原始比例画，空气那条基本原地不动，看不下去。比例是示意，数值是真的。

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