資源簡介

第2講 簡單聲現象
2.1 學習提要
2.1.1 聲音的產生
聲音是由物悵的振動產生的，各種振動著的發聲物體郁叫做聲源。固體、液體、氣體的振動都可以發出聲音，成為聲源。聲音從聲源處傳播到耳中，引起鼓膜振動，我們就聽到了聲音。
2.1.2 聲音的傳播
發聲體的振動在空氣中是怎樣傳播的呢？我們不妨先看一下這種現象，如圖2 _ 1所示。 水平懸掛的長彈簧，原先每一圈彈簧的間距是相等的，當推動它的右端后，可以見到彈簧每一圈的間距發生了變化，彈簧中出現的疏密相間的形狀會從右端逐漸傳向左端，我們看見的是彈簧形成的疏密。當發聲物體振動時，附近的空氣分子就會形成像彈簧中一樣的疏密。這些疏密相間的形狀.向四面八方傳播開去就形成了聲波，如圖2-2所示，是用橡皮錘擊打音叉，音叉推動周圍的空氣形成聲波過程的示意圖。但要注意在聲音的傳播過程中，傳播的盡是疏密相間的形狀和能量，振動的空氣分子并沒有隨聲波向前移動。
圖2-1 圖2-2 圖2-3
聲音的傳播需要物質(介質）,在沒有傳聲物質的空間（真空）中是無法傳播的。如圖2 - 3 為真空鈴實驗裝置，當接通電源可清楚地聽到鈴聲。在用抽氣機抽出玻璃罩里面空氣的過 程中，可以發現里面鬧鐘發出的聲音越來越小。當玻璃罩里面的空氣被抽光時，聲音就無法傳播出來了。停止抽氣，并讓空氣重新進人玻璃鐘罩內，鈴聲將會重新出現。這一實驗研究說明聲音無法在真空中傳播，聲音的傳播依賴于介質。
聲音的傳播需要時間，在不同的介質中聲速不同，如表2-1所示。一般情況下，v固體>v液體>v氣體。聲速還跟介質的溫度有關。如:15℃時空氣中的聲速為340m/s，氣溫每升高1℃， 聲音在空氣中傳播的速度就增加0.6 m/s。
物 質 聲音的傳播速度(m/s) 與空氣中聲速的比較
空氣（15℃） 340 1.0 倍
水 1500 4.4倍
木材(松樹） 3300 9.7倍
鐵、玻璃 5000 14.7 倍
表2-1 不同介質中聲音的傳播速度
聲音在傳播過程中遇到障礙物，會發生以下情況：一部分聲音在障礙物表面反射,出現回聲現象，它符合光的反射定律。人耳能分辨出兩次聲音的時間間隔一般為0.1s以上,所以與 原聲到達人耳的時間差大于0.1s如人就覺得有回音。例如北京天壇回音壁先滑圓型墻壁能使 聲音發主多次反射，這樣就能聽到另一端人的講話聲。另一部分會繞過障礙物,我們能隔墻聽到相鄰房間中的聲音就是這種情況。
2.1.3 聲音的種類
使人感到愉快的聲音為樂音，它是聲源有規律振動時產生的，如鋼琴、胡琴等樂器在演奏樂曲時發出的聲音就是樂音；令人厭煩的聲音為噪聲，一般桌由聲源的無規律振動產生的，如汽車嘞叭聲、機器的轟鳴聲等。
減弱噪聲的措施有三種：①削弱聲源。例如在噪聲源處裝上吸收噪聲的儀器(消聲器）等。②在傳播過程中隔聲、吸聲。例如在高等級公路兩側裝上隔音板使噪聲被反射，或種植—定寬度的林帶使噪聲被吸收等。③在接收處減弱噪聲。如在人耳處戴上耳塞，或在耳中塞—小團棉花等。
2.1.4 聲音的三個特征
1.音調
聲音有高有低，通常所說的聲音高低，就是指音調的高低。例如:鋼琴右邊琴鍵彈出的音 調就比左邊琴鍵彈出的音調高吼叫聲的音調比鳥鳴聲的音調低。音調的高低與發聲體振動的快慢有關，在物理學中把物體每秒鐘振動的次數稱為頻率。頻率用符號f表示，單位是赫茲，簡稱赫,符號是Hz。例如音叉每秒振動1 000次，可表示為f=1 000 Hz。音調是由聲源的頻率高低決定的，頻率高，聲音就尖厲，音調就高；頻率低，聲音就低沉，音調就低。
弦樂器的振動頻率與振動部分弦的長短、粗細、松緊程度有關。弦越細、弦越短、弦越緊，頻率越高，音調也越高。成年男子的音帶長而厚，兒童和婦女的音帶短而薄，所以成年男子的音調比兒童和婦女的低。男低音頻率約為65 Hz，女高音頻率約為1100 Hz，我國戰國鑄時期造的編鐘由65個大小不同的青銅鐘組成，大的鐘音調低沉，小的鐘音調高亢。
如圖2 - 4所示，5個大小相同的瓶子中裝有一些水，從左向右，瓶子里的水依次減少，為了更容.易看清楚每個瓶中的水量，可以在瓶里加人幾滴墨水。然后把瓶口放在嘴邊吹吹看，從左向右，注意音調的變化,結果是什么樣的呢 “吹”的過程是使空氣柱振動發聲，從左向右，空氣柱越來越長，所以在吹的過程中，聲音的音調應該越來越低。.
頻率超過20000Hz的聲波稱為超聲波，頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，它們都超出了人耳的聽覺頻率范圍。人耳將聽不到。
2、響度 圖2 - 4
聲音有輕有響，細雨聲須側耳傾聽，雷聲震耳欲聾。物理學中把人耳感覺到的聲音強弱的程度稱為響度。響度又稱音量或聲量。
聲音的響度與什么因素有關呢？響度與聲源的振幅有關，振幅度越大，響度越大。此外，響度還跟距離聲源的遠近有美，離聲源越遠，聲音的能量越分散，聽到的聲音就越輕，響度 越小。
在聲學上，人通常用分貝（dB）作為單位來計量聲音響度的大小。分貝數越大，表示人耳感覺到的響度越大。人們把人耳能聽到的最小聲音的大小定為0dB，當音量增加10dB， 聲音的響度則要擴大10倍；音量增加20 dB時，聲音的響度就擴大100倍。人耳是敏感的聲音接收器，聲音達到八九十分貝，就有可能傷害到耳朵。.
3、音色
音色（也叫音品）反映的是聲音的品質。不同的物體發出的聲音，音色是不同的。如兩個發聲體即使發出的聲音音調相同，響度也相同，但人耳仍能分辨出來，就是因為它們的音色不同。例如，我們只要聽講話聲，就能判斷出講話者是哪位熟人；用不同的樂器演奏同一首曲子， 能分辨得出用的是什么樂器，這些就是根據音色作出判斷的。不同的樂器或發聲體發出的聲音是由不同頻率的聲音組合而成的。研究表明，頻率組合情況不同，聲音的音色就不同。
2.2 難點釋疑
2.2.1 聲音的記錄
聲音記錄技術是人類文明發展史的一個重要方面，它與物理學的發展密不可分。記錄聲音就是把發聲體的振動情況保留下來并可隨時將其還原。從愛迪生的留聲機到今日的CD，聲音記錄技術大致經歷了機械時代、電磁時代和光電數字時代三個階段的發展。
（1）機械時代（留聲機）
特點：將振動直接記錄在唱片上并還原出來。
（2）電磁時代（錄音機）
特點：振動轉換成電信號記錄在磁帶上還原成電信號還原成振動。
（3）光電數字時代（CD機）
特點：振動轉換成電信號處理為數字信號轉換成激光強弱刻錄在光盤上轉換成數字信號還原成電信號還原成振動。
2.2.2 多普勒效應
你有沒有注意到當警車迎面而來時，警笛的聲調會變得越來越髙？當警車離你而去時，警笛的聲調會變得越來越低？這種現象稱作多普勒效應，多普勒在1842年發現了這個效應產生的原因。如果聲音的來源一直在移動，聲波會在聲源的前方被擠壓，而在聲源的后面伸展開來。如果每秒鐘有越來越多的聲波傳到你的耳朵，你就會聽到比較高的音調。如果每秒鐘傳到你耳朵的聲波越來越少，你聽到的音調就比較低。
多普勒效應有著廣泛的應用。例如，超聲波碰到迎面而來的物體，返回時的振動次數會增加，通過測量這種變化的大小，可以推算出物體運動的速度。超聲波速度測定器就是根據這一原理制成的。進一步的研究表明，一切波都能產生多普勒效應。天文學家利用光波產生的多普勒效應測天體的速度，交通瞀察利用紅外線產生的多普勒效應監測汽車是否超速行駛。
2.3 例題精析
2.3.1 關于聲音在介質中傳播的分析和計算
例1 在一根較長的自來水管一端敲擊了一下，在另一端可以聽到幾次聲音？第一次是由什么傳來的？
【點撥】 裝滿水的水管傳播聲音有三種物質：一是管外的空氣，二是管內的水，三是金屬管子（自來水管）。由于這三種物質傳播聲音的速度均不相同，所以在另一端可以聽到三次聲音。
金屬管子中的聲音傳播速度最快，人在另一端最先聽到金屬管子傳播的聲音，而空氣傳播聲音的速度最慢，所以人最后一次聽到的是空氣傳播的聲音，中間的聲音則是水傳播的。
【答案】 聽到三次聲音。第一次是金屬管傳來的。
2.3.2有關光速和聲速的計算
例2 如果你在看見閃電后15s才聽到第一聲驚雷，估算發生閃電的云層離你有多遠 有時在第一聲驚雷之后，又能聽到一陣隆隆的雷聲，這隆隆的雷聲是怎樣產生的？
【點撥】 光和聲波在空氣中的傳播速度分別近似為3×108 m/s和340 m/s，光傳播的速 度遠大于聲音傳播的速度，在估算的距離不是很大，如月球或其他星體到地球的距離時，一般可忽略光傳播的時間，以看到光時刻開始計時。有些題目以回聲測距離時，不要忘記聲音通過的距離是來回的，間距只是路程的一半。
【解答】 估算出雷聲從云層傳播到人的距離為
s = vt = 340 m/s × 15 s = 5 100 m
聽到的陣陣雷聲是由于人周圍的建筑物發生的反射引起的。
2.3.3 區分響度、音調和音色
例3 把原來每秒放映24幅的電影膠片改為每秒放映36幅，這樣電影中本來是男的講 話聲，聽起來好像是女的在講話。這是為什么？
【點撥】 聲音的高低叫音調，它是由物體振動的頻率決定的。頻率越小，音調越低；頻率越大，音調越髙。男人說話時的音調較低，女人說話時的音調較高。
【答案】 電影膠片放映速度由原來的每秒放映24幅改為每秒放映36幅，放映速度改變了，引起膠片所記錄的講話聲音的放音頻率發生了變化，使頻率為原來的3/2倍，即音調比原來變高了，所以男聲聽起來好像是女聲了。
例4 男低音歌唱演員獨唱時由女高音輕聲伴唱，對兩人聲音的描述正確的是（ ）
A、男低音比女高音音調低,響度大 B、男低音比女高音音調低,響度小
C、男低音比女高音音調高,響度小 D、男低音比女高音音調高,響度大
【點撥】日常用語里聲音的高、低有時指響度，有時指音調，含義不是唯一的。女高音和男低音，這里的髙、低指的是音調，它是由聲源的振動頻率決定的。而輕聲伴唱指的是響度，它是由聲源振動幅度決定的。
【答案】 A。
2.4強化訓練
A卷
1、《黃河大合唱》中有一句歌詞：“風在吼，馬在叫，黃河在咆哮······”它們的聲源分別是 、 和 。可見，作為物質存在的三種形態， 、 、
都能發聲，都可以作為聲源。
2、龍舟比賽時，陣陣鼓聲是由鼓面的 而產生的，并經 傳入人耳，將敲響的鼓面用手一按，響聲馬上消失了，這是因為 。要使笛子發出聲音，必須用力來吹，使笛管中的 發生 。
物理學中，把聲音的 叫音調，音調由聲源的 決定。弦樂器的音調高低跟弦的 、 和 都有關。拉二胡時，手指在琴弦上面上下移動，是通過 來改變 的高低的。
男同學的聲音通常比女同學沉悶、渾厚，原因是男同學聲帶振動頻率 ，聲調較 。
笛子和胡琴同時演奏一支曲譜,一聽聲音就能區別出笛子聲和胡琴聲，這是因為它們的 不同。
6、下列實驗與實例，不能探究聲音的產生與傳播條件的是 （ ）
A、用手機撥打放在真空罩內的BP機，BP機顯示手機號，卻聽不到BP機呼叫
B、人們先看到閃電，隔一段時間才能聽到遠處的雷聲
C、往鼓面上撒一些泡沫塑料屑，敲鼓時見到泡沫塑料屑不停地跳動
D、登上月球的航天員們即使相距很近，也只能用無線電話交談
7、耳朵能聽到聲音是由于 ( )
A、振動在空氣中傳播形成聲波 B、振動在人體中傳播形成聲波
C、聲波激起人體全身肌肉組織的振動 D、聲波激起耳朵鼓膜振動
8、用兩個金屬盒或塑料瓶蓋，中間串上一根塑料繩，做成一個土電話，這主要是利用了以下哪一點( )
A、回聲 B、氣體傳聲 C、固體傳聲 D、液體傳聲
9、我國已多次進行了“神舟”號載人航天飛船的試驗，不久我國多名航天員將乘坐宇宙飛船遨游太空。航天員在太空艙中可以直接對話，但在飛船外作業時，他們之間不能直接對話，必須借助電子通信設備進行交流，其原因是 ( )
A、用通信設備對話是為了方便 B、聲音的傳播需要有傳聲物質
C、太空中噪聲太大 D、聲音只能在地面上傳播
10、口技是民間表演藝術，演員表演時主要模仿聲音的 ( )
A、音色 B、響度 C、音調 D、頻率
11、距發聲體越遠的地方聽到的聲音越小，這是因為 （ ）
A、聲音的頻率變小了 B、聲音的傳播速度變小了
C、聲音分散了，振幅變小了 D、以上都有可能
12、分貝是用來計量聲音的 ( )
A、音調 B、音色 C、響度 D、以上三者都不是
13、弦樂隊在演奏前，演奏員都要調節自己的樂器——擰緊或放松琴弦，這樣做主要是改變樂器發出聲音的 （ ）
A、響度 B、音調 C、音色 D、傳播方向
14、頻率為60 Hz的聲音，每分鐘振動次數是 （ ）
A、60 次 B、1 800 次 C、3 600次 D、缺少條件，無法計算
15、使小提琴發出的聲音音調變高，應當采取的方法是 （ ）
A、將琴弦緊一點 B、將琴弦放松一點
C、松一點、緊一點都可以 D、無法調節
16、如圖2-5為同一示波器(各種條件都相同)屏幕t顯示的四種樂音的波形圖。
(1)其中響度最大的波形圖是 （ ）
(2)其中音調最高的波形圖是 （ ）
圖 2-5
—個人想測兩山之向的距離，他站在兩山之間大聲呼喊，2 s后聽到第一次回聲，又經過1s 聽到第二次回聲，若聲速為340 m/s，試求兩山之間的距離。
第一次測定聲音在水中的傳播速度是1827年在日內瓦湖上進行的。當時兩只船相距 14 km，在一只船上的實驗員向水中放入一口鐘，當他敲鐘時，船上的火藥同時發光。在另一只船上，實驗員向水里放一個聽音器，當他看到火藥發光后10 s聽到了水下的聲音。請你根據上述數據，計算此次測得的聲音在水中傳播速度是多少？
“聞其聲而知其人”，其中所包含的物理意義是什么？
20、如圖2-6所示，通過實驗探究弦樂器弦絲的音調與弦絲松緊、粗細、長短之間的關系：
（1）在大木板的一端牢牢釘入一根大釘子；
（2）把弦絲的一端綁在釘子上；
（3）把木板放在桌子上，再把綁在釘子上的線拉過來，讓線垂在桌邊；
（4）把小桶綁在垂下的線上；
（5）為了讓線和大木板隔開，要把兩塊小木板從側邊立起來，放在線的兩端；
（6）現在在線上彈幾下，聽一聽發出的聲音。
圖 2-6
根據以上探究的實驗步驟，確定你探究的思路和基本方法，然后制定一個詳細的實驗
方案，在實驗過程中及時記錄實驗現象并根據現象分析總結實驗規律。
B卷
人說話、唱歌時的發聲，靠的 的振動；婉轉的鳥鳴聲，靠的是 的振動；清脆的蟋繂叫聲，靠的是 產生的振動。
2、如圖2-7所示，用力敲響音叉，并用懸吊著的塑料球接觸發聲的叉股，我們看到的現象是 彈起(選填“會”或“不會”)，此現象說明 。若圖中所示的實驗在月球上進行，掛在左邊音叉旁的那個塑料球 彈起(選填“會”或“不會”)。
圖2-7
3、A、B兩發聲物體的振動頻率如圖2-8所示，則音調較高的是 物體(選填“A”或“B”）。
圖2-8
4、下列與聲有關的語句中，所表達的物理含義分別是：
（1）“震耳欲聾”說明聲音的 大；
（2）“低聲細語”，“低”指聲音的 ??；
（3）這小孩說起話來“脆如銀鈴”，說的是聲音的 高；
（4）“悅耳動聽”說明聲音的 好。
在一個長931 m注滿水的鑄鐵水管的一端敲一下，在另一端聽到三次聲音，第一次聲音同第二次間隔0.43 s，第二次聲音與第三次間隔2.12 s，已知當時空氣中的聲速為340 m/s， 則鑄鐵中的聲速為 m/s。
6、擊響大古鐘，有同學發現，停止對大鐘的撞擊后，大鐘余音未止。其主要原因是（ ）
A、鐘聲的回音 B、大鐘還在振動
C、鐘停止振動，空氣還在振動 D、人的聽覺發生“延長”
7、釣魚時，不能大聲喧嘩，因為魚聽到人聲會嚇跑。這說明 （ ）
A、只有空氣能傳聲 B、只有水能傳聲
C、空氣、大地和水都能傳聲 D、聲音在任何情況下都能傳播
8、在月球的表面主要是巖石和塵埃。有人說，飛來的流星打在月球表面的巖石上，就像演無聲電影一樣，在其附近聽不到一點聲響，這是因為 （ ）
A、月球表面的巖石受到流星撞擊不發聲
B、流星撞擊巖石的聲音太小，人耳無法聽到
C、月球表面附近空間沒有空氣，缺少傳播聲音的介質
D、原因不明
9、一人站在兩平行的峽谷之間，當他擊掌時，在0.3 s和0.7 s后聽到前后兩聲回聲，若聲速為340 m/s，則此峽谷之間的寬度為 （ ）
A、102 m B、170 m C、238 m D、340 m
10、在教室里聽不到老師講課的回聲，這是因為 （ ）
A、回聲被學生擋住
B、聲音分散傳出去，回聲太小聽不見
C、回聲到達人耳與原聲到達人耳相差的時間不到0. 1s
D、根本就沒有回聲
11、把一條粗細均勻的長金屬管截成長度不等的四段，然后把這四段金屬管由長到短依次排列懸掛起來，如圖2 - 9所示。若用錘子分別敲擊四段金屬管時，它們都會發出聲音，其音調 （ ）
圖2-9
A、最低的是金屬管1 B、最高的是金屬管1
C、都相同 D、跟敲擊的位置有關
12、昆蟲飛行時翅膀都要振動，蝴蝶每秒振翅5 6次，蜜蜂每秒振翅300 400次，當它們都從你身后飛過時，憑你的聽覺 （ ）
A、只能感到蝴蝶從身后飛過 B、只能感到蜜蜂從身后飛過
C、都能感到它們從身后飛過 D、都不能感到它們從身后飛過
13、關于音調和響度，下列說法中正確的是 （ ）
A、“引吭高歌”中“高”指的是音調高
B、“細聲細語”中“細”指的是音調低
C、“尖聲細嗓”中“尖”指的是音調
D、“起音太高上不去”中的“高”指的是響度大
14、下列各種說法中，正確的是 （ ）
A、按下收錄機快放鍵時，收錄機發出的聲音比正常放音的音調變低，振幅變小
B、蚊子的嗡嗡聲是翅膀振動發出的聲音
C、登上月球的宇航員只能依靠無線電話交流信息
D、優美的音樂不可能變為噪聲
15、關于聲音，下列說法中正確的是 （ ）
A、回聲是山崖、高墻等發出的聲音
B、吉他能發出多種不同的聲音是因為撥弦時用力的大小不同
C、在屋子里談話比曠野里聽起來響度大，是由于固體傳聲的本領比空氣大
D、笛子里參與振動的空氣柱越短，發生振動的頻率越高，其聲音的音調越高
16、（1）如圖2 -10所示，拿一張硬紙片，讓它在木梳齒上劃過，一次快些，一次慢些，同時仔細傾聽。劃得快些,聽到的聲音較 ；劃得慢些，聽到的聲音較 。實驗表明： 。
圖 2-10 圖 2-11
（2）如圖2-11所示，將不同粗細的橡庋筋分別張緊在鋼尺上，用同樣的力撥動橡皮筋，同
時仔細傾聽。如圖（a）所示，撥動張緊的細橡皮筋，聽到的聲音較 ；如圖（b）
所示，撥動張緊的粗橡皮筋，聽到的聲音較 。實驗表明：
。
蜜蜂帶著花蜜飛的時候，它的翅膀平均每秒振動300次，不帶花蜜飛的時候平均每秒振動 440次。有經驗的養蜂人，能辨別出蜜蜂是飛出去采蜜，還是采了蜜飛回來。試解釋這個現象。
—汽車以20 m/s的速度向山崖駛近，途中鳴了一聲笛，2 s后聽到山崖傳來回聲，當司機聽到回聲時，汽車離山崖還有多遠？鳴笛處距山崖多遠？
P處有一個高音喇叭,MN為一幢大樓，有一個人在Q處干活，每當喇叭里播音時，此人總能聽到“雙音”。已知P處距大樓MN的豎直距離為100m，Q處距大樓MN的豎直距離為300 m，P、Q的水平距離也為300 m，如圖2-12所示。求此人聽到“雙音”的音差時間。
圖 2 -12
20、—部科幻電影中有這樣的場面：一艘飛船在太空中遇險，另一艘飛船在前去營救的途中， 突然宇航員聽到了遇險飛船的巨大爆炸聲，然后看到了爆炸的火光。請你給導演指出這個場景中的至少兩個科學性錯誤。
作業參考答案與解析
A卷
1、【答案】流動的空氣，馬的聲帶，流動的河水；氣體，固體，液體
2、【答案】振動，空氣，鼓面振動停止，空氣，振動
3、【答案】高低，振動頻率，長短，松緊，粗細，改變發聲弦的弦長，音調
4、【答案】小，低
5、【答案】音色
6、【答案】B
7、【答案】D
8、【答案】C
9、【答案】B
10、【答案】A
11、【答案】C
12、【答案】C
13、【答案】B
14、【答案】C
15、【答案】A
16、【答案】(1)A (2)C
17、【答案】850m
18、【答案】1400m/s
19、【答案】各人的音色不同
20、【答案】探究的方法是控制變量法 （a）通過改變小桶的輕重來改變弦的松緊，可以發現弦越緊，撥動弦時的音調越高；（b）通過改變側立的兩小板間距，改變音調，間距越小，音調越高；（c）換用不同粗細的弦絲來做實驗，在弦的松緊和側立小板間距都與上面實驗相同的情況下，弦絲越細，音調越高。
B卷
1、【答案】聲帶，鳴膜，翅膀摩擦
2、【答案】會，發聲的音叉在振動，會
3、【答案】A
4、【答案】響度，響度，音調，音色
5、【答案】4.9×103
6、【答案】B
7、【答案】C
8、【答案】C
9、【答案】B
10、【答案】C
11、【答案】A
12、【答案】B
13、【答案】C
14、【答案】B
15、【答案】D
16、【答案】(1)高，低，音調的高低與物體振動的快慢有關，振動越快，音調越高；（2）高，低，在撥動長度和松緊相同的橡皮筋時，橡皮筋越細，音調越高。
17、【答案】蜜蜂帶著花蜜飛的時候，翅膀平均振動的次數比不帶花蜜時少，音調低，養蜂人根據蜜蜂飛行時翅膀振動發出的音調高低來判斷。
18、【答案】320m，360m
19、【答案】0.41s
【解析】提示：聲音從P點直接傳到Q處的距離約為360m，反射的路程是500m，路程差除以聲速。
20、【答案】（1）光速應比聲速快；（2）聲音不能在真空中傳播。
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