小聪将图中的齿数不同、大小和材料均相同的发音齿轮分别装在同一玩具电动机上，当齿轮以相同的转速匀速转动时，用大小      的力将一张硬纸片分别接触四个不同的齿轮，使硬纸片发出声音的音调分别是“dou（1）”“rui（2）”“mi（3）”“fa（4）”四个音阶，其中使硬纸片发出声音的音调为fa（4）的齿轮为      ；接着，他用大小不同的力将一张硬纸片接触转速不变的同一齿轮，这是探究声音的      与      的关系．