初中物理声学基本知识及计算题辨析

    1.汽车在笔直的公路上作匀速直线运动，速度为v1=20m/s，在汽车正前方L=270m处有一山崖，此时汽车鸣笛，又前进一段路程s听到回声，已知声速为340m/s，求s
　　
　　解:声音"往返"的路程和汽车所行路程的"和"是汽车鸣笛时与山崖距离的二倍，汽车行驶的时间等于声音传播的时间
　　
　　由270m*2=340m/s*[s/(20m/s)]+s可求出s=30m
　　
　　2.什么是次声波?次声波对人体有什么危害?有哪些方面的应用?
　　
　　答:次声(Infrasound)是指频率低于人类听觉可分辨的频率范围的声波，人耳可分辨的频率范围大致为20Hz～20000Hz。次声波的频率20Hz以下,也就是说发出次电波的声源每秒振动次数小于20.
　　
　　10Hz以下的次声波可以跨山越洋，传播数千千米以远。1983年夏季，印度尼西亚苏门答腊和爪哇之间的喀拉喀托火山发生了一次震惊全球的火山爆发，产生的次声波曾绕地球转了3圈，历时108小时。1986年1月29日0时38分，美国航天飞机"挑战者"号升空爆炸，产生的次声波历时12小时53分钟。
　　
　　次声波具有较大的破坏性。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆，能将飞机撕得四分五裂；地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁；海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3~17Hz，头部的固有频率为8~12Hz，腹部内脏的固有频率为4~6Hz)，当次声波作用于人体时，人体器官容易发生共振，引起人体功能失调或损坏，血压升高，全身不适；头脑的平衡功能亦会遭到破坏，人因此会产生旋转感、恶心难受。许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心，这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强，人体受其影响后，便会呕吐不止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉，甚至内脏血管破裂而丧命。
　　
　　另一方面，通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，可以更深入地认识这些现象的特性和规律。例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。次声波的应用前景很广阔，大致可分为下列几个方面：(1)通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，更深入地认识这些现象的特性和规律。例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光恬动的规律等。
　　
　　(2)利用接收到的被测声源所辐射出的次声波，探测它的位置、大小和其他特性，例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。
　　
　　(3)预测自然灾害性事件，许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波，因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。
　　
　　(4)次声在大气中传播时，很容易受到大气媒质的影响，它与大气中风和温度分布等有密切的联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性的测定，可以探测某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。
　　
　　(5)通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的结果，探测这些活动特性。例如在电离层中次声波的作用使电波传播受到行进性干扰。可以通过测定次声波的特性，更进一步揭示电离层扰动的规律。同样，通过测定声波与重力波或其他波动的作用，可以研究这些波动的活动规律。
　　
　　(6)人和其他生物不仅能够对次声产生某种反应，而且他(它)们的某些器官也会发出微弱的次声，因此可以利用测定这些次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况。
　　
　　(7)次声波武器即一种由高能放大器驱动特制扬声器发射大功率20赫以下的低频声波即次声波的武器装置，一般由次声波发生器、动力装置和控制系统组成。目前研制的次声波武器主要有两类：一是神经型次声波武器，它的振荡频率同人类大脑的阿尔法节律（8～12赫）极为相近，产生共振时能强烈刺激大脑，使人神经错乱，癫狂不止；另一类是内脏器官型次声波武器，其振荡频率与人体内脏器官的固有振荡频率相近，可使人的五脏六腑产生强烈共振，破坏人的平衡感和方向感，使人恶心、呕吐及剧烈不适而失去战斗力。次声波还有渗透性强的特点，次声波炸弹一旦命中目标，转瞬之间，在方圆十几千米的地面上，所有的人将统统受到伤害。次声波可穿透15米厚的混凝土和坦克装甲钢板，即使人员躲进地铁、防空洞或坦克、装甲车辆内也不能幸免。次声波弹和中子弹一样，只杀伤生物而不摧毁建筑物，但它的杀伤威力却大大超过中子弹。为预防劫机事件，美国目前研制出一种次声波枪。这种新型声波武器可以发射“声波子弹”，即集束声波。威力强大的集束声波能够使劫机分子暂时失去行动能力，从而阻止劫机事件的发生。但这种声波不会对飞机本身造成丝毫损害。美国新增加的空中警察将配备这种新型声波枪。
　　
　　3.假定前后2次声音传到人的耳朵里，如果两次声音到达人耳的先后时间间隔大于0.1秒，人耳就能区分这两次声音，也就是说，两次声音传到人耳的时间间隔不足0.1秒，人耳就只能停到一次声音。有人做了一个实验。请一位同学在装满水的直铁管上敲击一下，是铁管发出声音，其余同学沿铁管分别在不同位置将耳朵贴近铁管听，A说听到1次响声,B说听到2次响声,C说听到3次响声，已知声音在空气中的传播速度是340m/s,在水中的传播速度是1700m/s,在钢铁中的传播速度是5100m/s，请问A,B,C三位同学的位置到敲击点的距离各在什么范围内？
　　
　　解:声音在空气水铁管中均能传播,且速度不同,它们分别是340m/s1500m/s5200m/s
　　
　　(1)A只听到一次声音的是通过空气传播而来,设其距离声源为S1,则:
　　
　　S1/340m/s-S1/5200m/s<0.1秒S1/340m/s-S1/1500m/s<0.1秒
　　
　　解得:S1<36.4米
　　
　　(2)B只听到两次声音的是分别通过空气和水传播而来,设其距离声源为S2,则:
　　
　　S2/340m/s-S2/1500m/s>0.1秒S2/340m/s-S2/5200m/s<0.1秒
　　
　　解得:44米>S2>36.4米
　　
　　(3)C听到D三次声音的是分别通过空气水和铁管传播而来,设其距离声源为S3
　　
　　S3/340m/s-S3/1500m/s>0.1秒S3/340m/s-S3/5200m/s>0.1秒
　　
　　解得:S3>44米
　　
　　4.蝴蝶在飞行时不停地扇动翅膀，但我们听不到蝴蝶飞行的声音，这是因为（）
　　
　　答:因为蝴蝶在飞行时跃然不断地扇动翅膀,但翅膀每秒振动的次数小于20,所发出的声音的,频率小于20赫兹,为次声波,人耳听不到次声波.
　　
　　来源：中国物理网
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