逍遥学能 2013-04-22 10:53
声波的产生和传播
一、知识概述
我们将学习声现象，这是一个与我们的日常生活联系紧密的物理现象，主要学习声音的产生，并探究声音是怎样传播的，理解回声的形成并掌握与回声有关的计算。
二、重难点知识归纳及讲解
（一）声音的产生
1、观察或接触正在发声的鼓、锣、钟、琴等物体，或正在说话的喉头，都能发现它们在振动。
声音由振动的物体发出的，不振动的物体是不会发出声音的。
一切正在发声的物体都在振动；振动停止，发声也停止。
注意：物体振动不一定发声。
声音的发生是由于物体振动，物体振动才能发声。但不是所有振动都能使人耳有声音的感觉，有些物体振动太快或太慢，我们都无法听到所发的声音。
2、常见物体的发声原理
人发声——利用声带的振动
笛子发声——空气柱振动
蜜蜂、蚊子——利用翅膀的振动
古琴、二胡等——利用琴弦振动发声
鼓、锣等——靠鼓面或锣面振动发声
（二）探究声音是怎样传播的
1、声音的传播条件
如图所示，把正在发声的闹钟放在玻璃罩内，闹钟和罩的底座之间垫上柔软的泡沫塑料。逐渐抽出罩内的空气，我们将会听到闹钟声音逐渐减小，最后消失。若再让空气逐渐进入罩内，则闹钟的声音又会逐渐增大。
以上现象说明了闹钟声音可以在空气中传播，但不能在真空中传播。
事实表明，声音必须通过一定的物质（如空气）才能传播出去。
不仅仅空气能传播声音，一切固体、液体和气体都可以传播声音，能传播声音的物质叫做介质。声音是靠介质传播的，真空不能传声。
例1、下列叙述正确的是（ ）
A．一切正在振动的物体都能发声并被人所听到
B．人讲话是由于空气振动而发出声音
C．钓鱼时，说话声和脚步声都会吓跑鱼，这表明水能传声
D．声音在不同物质中的传播速度是一样的
解析：
声音是振动产生的，但声音的传播需要介质，没有传播声音的介质，人们就不可能听到声音，因而A是错误的。人们讲话靠的是声带的振动，空气是传播人讲话声音的介质，因而B是错误的。说话声和脚步声都要通过水才能传播到鱼耳，鱼才能被吓跑，所以水是能传播声音的，因而C是正确的。在通常情况下声音在空气中传播的速度最慢，在固体中传播的速度最快，所以声音在不同的传声物质中的传播速度不一样。D也是错误的。
答案：C
2、人怎样听到声音
发声物体的振动使它附近的空气时而变密、时而变疏，就在空气中形成了疏密相间的状态，并且不断地向远方扩展，这就叫做声波。声波传到耳道中，引起鼓膜振动，鼓膜的振动又通过三块听小骨传给耳蜗，使耳蜗中的液体振动。耳蜗中的听觉神经受到刺激，将振动信息传至大脑皮层听觉区，使人产生听觉。
我们说话时，声带的振动通过牙床、上下颌骨等骨头传入耳内，引起听觉。这与直接接受空气中的的声波感觉不一样，这也是听录音机播放自己的声音总觉得不像自己声音的原因。
3、声音的传播需要时间，在不同的介质中传播的快慢不同。声音的传播还会受到温度的影响，温度越高，声音的传播速度越大。一般情况下，气体中的声速小于液体和固体中的声速。
4、声波在界面的反射
声音在均匀介质中是沿直线传播的。声音在传播过程中遇到较大的障碍物时，会被障碍物的界面反射，反射回的声音叫回声。
只要存在障碍物就存在回声，在某些情况下，回声的现象不明显，但不能误认为没有回声，人耳只能区分相隔0.1s以上时间的两个声音。如果障碍物与发声体的距离较近，原声与回声的间隔不到0.1s，回声就会与原声混在一起，使人们不易察觉。假如声速是340/s，人耳要将原声和回声区别开，人耳到障碍物的距离为：
.就是说人耳到障碍物的距离至少17，才能将回声和原声区别开，从而才有听到两次声音的感觉。
5、回声测距的原理
其中t为发声到听到回声的时间。记下发声时刻和听到回声时刻，就可计算发声处到障碍物的距离。注意v声在不同介质中是不同的。
例2、站在空教室里讲话，声音为什么特别响？教室内坐满同学时这种感觉减弱，为什么？
解答：
教室的长与宽约8左右，在空教室讲话时，声音经墙壁反射回仅需0.04s左右，当回声比原声到达耳内的时间差低于0.1s时，原声与回声混在一起使声音加强，这就是空教室内讲话声特别响的原因。
教室内坐满同学时，声音传播过程中会被松软的衣服等物质吸收，使声音能量大大减少，这样一即使有回声，也因能量变小而使声音变弱。
例3、一辆匀速行驶的汽车，在距正前方峭壁的0.45k处鸣喇叭，经过2.5s后，司机听到回声，求汽车行驶的速度（v声=340/s）。
解析：
如果此题中汽车是静止的，那么仅是考虑声音运动的路程和时间。现在汽车是行驶的，就必须注意到声音与汽车运动的路程和时间的关系，此题画一个运动的简图对解题有很大的帮助。
答案：
解：
设汽车鸣喇叭时距峭壁的距离为S1，听到回声时距峭壁的距离为S2，则有：
代入数据，得：
解得v车=20/s.
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A卷
综合题
1、一切发声的物体都在振动．人说话时的发声靠___________的振动；鸟叫时的发声靠气管和支气管交界处的___________振动；蟋蟀的叫声并不是自口腔，而是它的左右翅___________产生的振动．发声的物体常常简称为发声体．
2、发声体的振动能靠一切气体、液体、固体物质向周围传播，这些物质是传播声音的媒介物，简称为___________．发声体振动时会在它周围的___________中激起___________，声音就是以___________的形式向远处传播的．相反，如果发声体周围没有___________，也就不能激起___________，从而也就不能传播声音．因此，声音在真空中___________．
3、声音在不同介质中的传播速度一般不同，在同一介质中的传播速度还与介质的___________有关．查表可知：声音在15℃的空气中的速度是___________/s，而在25℃的空气中的速度是___________/s；声音在金属中比在液体中传播得___________，在液体中比在空气中传播得___________．
4、声音在传播过程中遇到障碍物时会发生___________，形成___________．人讲话的声音在传播过程中总是要遇到障碍物的，即总是要产生回声的．不同的情况，人对回声的听觉不一样．如果回声到达人耳比原声晚___________s以上，则人耳能把回声跟原声区分开．如果短于这个时间，回声与原声就混在一起，使原声___________．
5、如图1所示，敲击鼓面会听到鼓声，若向鼓面上撒些纸屑或泡沫塑料的颗粒，还会看到它们在鼓面上跳动．如图2所示，敲击音叉会听到声音，若将发声的音叉靠近一只悬挂着的轻质小球，小球会摆动．这些现象说明___________．其实不光是这些现象，大量的实验观察表明：一切___________物体都在振动．
图1 图2
6、如图所示，在教室里敲一下音叉，同学们能听到由音叉___________而发出的声音．在人和音叉之间传播声音的介质是___________．声音传到人耳的详细情况是：音叉振动在空气中激起___________，传到人耳时引起耳内___________振动，从而产生听觉．
7、在月球上的两个宇航员，他们不能像在地球上那样自由交谈，而是要靠无线电话交谈，这个现象可以说明月球上是___________，空间没有传播声音的介质．
8、如图所示，用一根棉线连接两个纸筒，就做成了“土电话”．在土电话中，传播声音的介质是___________，而这种介质是固体，这一现象说明___________也能传声．
9、人们要利用回声测定海水的深度，必须要知道（ ）
A．声音在海水中的速度和声音在空气中的速度
B．海水的温度和声音在海水中的速度
C．声音在海水中的速度和声音在海水中竖直往返的时间
10、试解释古代的士兵晚上睡觉时为何常枕着牛皮箭筒睡在地上（枕戈待旦）?
11、请你做一做下面的实验：用牙齿轻轻咬住铅笔（或圆珠笔、钢笔等）的一端，用手指轻敲铅笔的另一端，注意听这个敲击声．然后张开嘴使牙齿不接触铅笔，而保持铅笔位置不变，手指用与前面相同的力轻敲铅笔的另一端，比较这两次听到的敲击声有什么不同．这个实验能说明了什么问题?
12、已知声音在空气中的传播速度是340/s，人站在离墙壁51远的地方拍手，从拍手到声音经墙壁反射回到他的耳朵需经历___________s的时间．
13、甲、乙两人做了这样的实验：有一根很长的金属管，甲在一端敲击，乙存另一端把耳朵轻轻地贴在金属管上听，甲只敲击了一下，而乙在另一端却先后听到了两次响声．两人讨论后认为：这两次响声中，一次是由空气传的，另一次是由金属传的，之所以能区分这两个声音，是凶为声音在空气中和在金属中传播的速度___________，并且．第一次听到的响声是由___________传的，因为___________．如果用一根充满水的长金属管做这个实验，人能听到___________次响声，因为___________．如果这个实验是在月球上做的，那么在一端敲击一次，另一端的人（ ）
A．也能听到两次响声 B．肯定能听到一次响声
C．肯定听不到响声 D．可能听不到响声
14、在一次海洋探测中，从海面发射超声波，经2.5s海面接收系统才接收到由海底反射回的超声波．设海水中的平均声速是1500/s，求此处海水的深度．
15、第一次测定铸铁里的声速是在巴黎用下述方法进行的，在铸铁管的一端敲一下钟，在管的另一端听到两次响声，第一次是由铸铁传的，第二次是由空气传的．管长93l，两次响声相隔2.5s．如果当时空气中的声速是340/s，求铸铁中的声速．
16、国庆节，人们用各种方式庆祝这一喜庆节日．在10月1日晚上，许多城市在大广场燃放礼花，礼花在几十米高空爆炸，发出绚丽夺目的光彩，照亮了整个城市，人们在各自家门口就可以欣赏这一美景．（1）若你在离广场5k远处看，对礼花爆炸时的声音和色彩能够同时感觉到吗?说明原因．（2）两者时间相差多少?
17、汽船以10米/秒速度横渡河流，河对面有座，船鸣笛后5秒钟驾驶员听到回声，求鸣笛时，船离多远？（v声=340米/秒）
1、声带，鸣膜，摩擦
2、介质，介质，声波，声波，介质，声波，不能传播
3、温度，340，346，快，快
4、反射，回声，0.1，加强
5、发声的物体在振动，发声
6、振动，空气，声波，耳膜
7、真空
8、棉线，固体
9、C
10、简述：睡觉时枕着牛皮箭筒睡在地上，可以及早听到远处敌人偷袭时的马蹄声，原因是声音在固体中的传播速度比在空气中大
11、简述：用牙咬住铅笔听到的敲击声比不用牙咬时听到的响得多．这个实验说明骨骼、肌肉也能传声，而且传声性能比空气好
12、0.3
13、不同，金属管，声音在固体中的传播速度比在空气中快，3，液体也可以传播声音，B
14、s=vt=1500×1.25=1875
15、设声音在铸铁中的传播时间为t，由于声音在空气和铸铁中传播的距离相等，由此可得：
16、（1）不能同时感觉到．声音在空气中的传播速度要比光速小得多，而色彩（光）是以光速在空气中传播的
（2）△t=14.4s
17、解：设船鸣笛时距S1，听到回声时距S2，则有
即船鸣笛时距875.
中考解析
一、中考要求
历年的中考中，对声现象的考查份量不大，但是每年都有内容，常考查的知识点有声音的产生和传播，以及回声的相关知识，常以选择、填空的形式出现。
二、中考新题例说
1、阅读下面的短，回答问题：
如图所示，几只鸟在树上“歌唱”，一个听觉良好的女孩在一间门窗紧闭的甲房间内，靠近单层玻璃她能听到室外鸟的“歌声”；她到另一门窗紧闭的乙房间内，靠近双层玻璃（双层玻璃的夹层内抽成真空），她却几乎听不到室外鸟的“歌声”。
（1）运用所学的物理知识，解释为什么女孩在乙房间内几乎听不到室外鸟的“歌声”。
（2）女孩在两个房间都能看到室外树上的鸟，而只能在甲房间听到室外鸟的“歌声”，这说明光的传播和声音的传播有什么不同。
答案：
（1）因为声音的传播需要介质，乙房间的双层玻璃间抽成真空，无法传声。
（2）声音的传播需要介质，而光的传播不需要介质。
2、某学校操场外一幢高楼离跑道起点170。同学们在跑步训练时，由于回声导致先后听到两次发令枪声。若声音在空气中的速度为340/s，那么听到两次发令枪声的时间间隔为（ ）
A．0.5s B．1s
C．0.5in D．1in
解析：
∴ 此题选B。
外拓展
声音在大气中的传播
声波与光波类似，在大气中传播时会发生折射、反射和衍射等现象。由于声波波长较长，频率最高（20000Hz）的声音波长为17，频率为16Hz的低音波长达21。对一般不太大的障碍物，声音可以“绕射”到障碍物的后面，当障碍物线度比波长大很多时，在两种密度不同介质的界面上，也会发生折射和反射现象。
在大气中传播的声波遇到固体或液体表面时，反射的声波基本上接近全反射，通常在空旷的大建筑物内或谷间，大喊一声就会回声不绝于耳，这就是由于声音多次反射而造成的。雷暴云中雷声隆隆也是由于云对雷声多次反射的结果。当声波从水中或固体中传入空气时则反射部分会很小，大部分能量将发生折射，进入大气中。声音在水面上折射规律与光波相同，而且不同波长声音折射角相同，不会出现“色散”现象。当声波入射角越小时，折射的能量就越多。声波在两种介质界面上折射角大小取决于声音在两种介质中的传播速度。声音在固体和液体中传播的速度远远大于在空气中传播的速度。而且也随温度升高而增大。在17℃水中声速为1430/s。与光线传播规律类似，折射后声波传播方向应当折弯向声速较低的介质。
大气中温度分布是不均匀的，而且各部分之间温度是连续变化的，一般讲，认为大气水平方向基本均匀，温度随高度逐渐变化，这样，声音在大气中的传播速度也随高度连续变化。类似于光学中snell定理，声线也应是一条弯曲的曲线。曲线弯向声速较低的大气层，即弯向温度较低、较干燥的大气层。在农村，傍 晚常常听到邻村的钟声就是例子。一般讲，到了大气中上层，往往有云或逆温层，声音会发生反射返回地面，或发生折射，声线再弯向地面，于是在距声几十千米地方听不到声音，但在距声一百多千米以外又能听到声了。这种“异常可闻区”的分布取决于大气温度层结构点。
风速也会影响声音的传播速度，因此也会改变声音的传播路径。当风速随高度发生变化时声线也应弯曲，实际声线形状应当同时考虑温度层结、湿度层结与风速、风向的共同影响，实际大气中声音传播情况是比较复杂的。