聲波的產(chǎn)生和傳播
一、知識概述
我們將學(xué)習(xí)聲現(xiàn)象，這是一個與我們的日常生活聯(lián)系緊密的物理現(xiàn)象，主要學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生，并探究聲音是怎樣傳播的，理解回聲的形成并掌握與回聲有關(guān)的計(jì)算。
二、重難點(diǎn)知識歸納及講解
（一）聲音的產(chǎn)生
1、觀察或接觸正在發(fā)聲的鼓、鑼、鐘、琴等物體，或正在說話的喉頭，都能發(fā)現(xiàn)它們在振動。
聲音由振動的物體發(fā)出的，不振動的物體是不會發(fā)出聲音的。
一切正在發(fā)聲的物體都在振動；振動停止，發(fā)聲也停止。
注意：物體振動不一定發(fā)聲。
聲音的發(fā)生是由于物體振動，物體振動才能發(fā)聲。但不是所有振動都能使人耳有聲音的感覺，有些物體振動太快或太慢，我們都無法聽到所發(fā)的聲音。
2、常見物體的發(fā)聲原理
人發(fā)聲——利用聲帶的振動
笛子發(fā)聲——空氣柱振動
蜜蜂、蚊子——利用翅膀的振動
古琴、二胡等——利用琴弦振動發(fā)聲
鼓、鑼等——靠鼓面或鑼面振動發(fā)聲
（二）探究聲音是怎樣傳播的
1、聲音的傳播條件
如圖所示，把正在發(fā)聲的鬧鐘放在玻璃罩內(nèi)，鬧鐘和罩的底座之間墊上柔軟的泡沫塑料。逐漸抽出罩內(nèi)的空氣，我們將會聽到鬧鐘聲音逐漸減小，最后消失。若再讓空氣逐漸進(jìn)入罩內(nèi)，則鬧鐘的聲音又會逐漸增大。
以上現(xiàn)象說明了鬧鐘聲音可以在空氣中傳播，但不能在真空中傳播。
事實(shí)表明，聲音必須通過一定的物質(zhì)（如空氣）才能傳播出去。
不僅僅空氣能傳播聲音，一切固體、液體和氣體都可以傳播聲音，能傳播聲音的物質(zhì)叫做介質(zhì)。聲音是靠介質(zhì)傳播的，真空不能傳聲。
例1、下列敘述正確的是（�。�
A．一切正在振動的物體都能發(fā)聲并被人所聽到
B．人講話是由于空氣振動而發(fā)出聲音
C．釣魚時(shí)，說話聲和腳步聲都會嚇跑魚，這表明水能傳聲
D．聲音在不同物質(zhì)中的傳播速度是一樣的
解析：
聲音是振動產(chǎn)生的，但聲音的傳播需要介質(zhì)，沒有傳播聲音的介質(zhì)，人們就不可能聽到聲音，因而A是錯誤的。人們講話靠的是聲帶的振動，空氣是傳播人講話聲音的介質(zhì)，因而B是錯誤的。說話聲和腳步聲都要通過水才能傳播到魚耳，魚才能被嚇跑，所以水是能傳播聲音的，因而C是正確的。在通常情況下聲音在空氣中傳播的速度最慢，在固體中傳播的速度最快，所以聲音在不同的傳聲物質(zhì)中的傳播速度不一樣。D也是錯誤的。
答案：C
2、人怎樣聽到聲音
發(fā)聲物體的振動使它附近的空氣時(shí)而變密、時(shí)而變疏，就在空氣中形成了疏密相間的狀態(tài)，并且不斷地向遠(yuǎn)方擴(kuò)展，這就叫做聲波。聲波傳到耳道中，引起鼓膜振動，鼓膜的振動又通過三塊聽小骨傳給耳蝸，使耳蝸中的液體振動。耳蝸中的聽覺神經(jīng)受到刺激，將振動信息傳至大腦皮層聽覺區(qū)，使人產(chǎn)生聽覺。
我們說話時(shí)，聲帶的振動通過牙床、上下頜骨等骨頭傳入耳內(nèi)，引起聽覺。這與直接接受空氣中的的聲波感覺不一樣，這也是聽錄音機(jī)播放自己的聲音總覺得不像自己聲音的原因。
3、聲音的傳播需要時(shí)間，在不同的介質(zhì)中傳播的快慢不同。聲音的傳播還會受到溫度的影響，溫度越高，聲音的傳播速度越大。一般情況下，氣體中的聲速小于液體和固體中的聲速。
4、聲波在界面的反射
聲音在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。聲音在傳播過程中遇到較大的障礙物時(shí)，會被障礙物的界面反射，反射回的聲音叫回聲。
只要存在障礙物就存在回聲，在某些情況下，回聲的現(xiàn)象不明顯，但不能誤認(rèn)為沒有回聲，人耳只能區(qū)分相隔0.1s以上時(shí)間的兩個聲音。如果障礙物與發(fā)聲體的距離較近，原聲與回聲的間隔不到0.1s，回聲就會與原聲混在一起，使人們不易察覺。假如聲速是340/s，人耳要將原聲和回聲區(qū)別開，人耳到障礙物的距離為：
.就是說人耳到障礙物的距離至少17，才能將回聲和原聲區(qū)別開，從而才有聽到兩次聲音的感覺。
5、回聲測距的原理
其中t為發(fā)聲到聽到回聲的時(shí)間。記下發(fā)聲時(shí)刻和聽到回聲時(shí)刻，就可計(jì)算發(fā)聲處到障礙物的距離。注意v聲在不同介質(zhì)中是不同的。
例2、站在空教室里講話，聲音為什么特別響？教室內(nèi)坐滿同學(xué)時(shí)這種感覺減弱，為什么？
解答：
教室的長與寬約8左右，在空教室講話時(shí)，聲音經(jīng)墻壁反射回僅需0.04s左右，當(dāng)回聲比原聲到達(dá)耳內(nèi)的時(shí)間差低于0.1s時(shí)，原聲與回聲混在一起使聲音加強(qiáng)，這就是空教室內(nèi)講話聲特別響的原因。
教室內(nèi)坐滿同學(xué)時(shí)，聲音傳播過程中會被松軟的衣服等物質(zhì)吸收，使聲音能量大大減少，這樣一即使有回聲，也因能量變小而使聲音變?nèi)酢?br>例3、一輛勻速行駛的汽車，在距正前方峭壁的0.45k處鳴喇叭，經(jīng)過2.5s后，司機(jī)聽到回聲，求汽車行駛的速度（v聲=340/s）。
解析：
如果此題中汽車是靜止的，那么僅是考慮聲音運(yùn)動的路程和時(shí)間�，F(xiàn)在汽車是行駛的，就必須注意到聲音與汽車運(yùn)動的路程和時(shí)間的關(guān)系，此題畫一個運(yùn)動的簡圖對解題有很大的幫助。
答案：
解：
設(shè)汽車鳴喇叭時(shí)距峭壁的距離為S1，聽到回聲時(shí)距峭壁的距離為S2，則有：
代入數(shù)據(jù)，得：
解得v車=20/s.
在線測試
A卷
綜合題
1、一切發(fā)聲的物體都在振動．人說話時(shí)的發(fā)聲靠___________的振動；鳥叫時(shí)的發(fā)聲靠氣管和支氣管交界處的___________振動；蟋蟀的叫聲并不是自口腔，而是它的左右翅___________產(chǎn)生的振動．發(fā)聲的物體常常簡稱為發(fā)聲體．
2、發(fā)聲體的振動能靠一切氣體、液體、固體物質(zhì)向周圍傳播，這些物質(zhì)是傳播聲音的媒介物，簡稱為___________．發(fā)聲體振動時(shí)會在它周圍的___________中激起___________，聲音就是以___________的形式向遠(yuǎn)處傳播的．相反，如果發(fā)聲體周圍沒有___________，也就不能激起___________，從而也就不能傳播聲音．因此，聲音在真空中___________．
3、聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度一般不同，在同一介質(zhì)中的傳播速度還與介質(zhì)的___________有關(guān)．查表可知：聲音在15℃的空氣中的速度是___________/s，而在25℃的空氣中的速度是___________/s；聲音在金屬中比在液體中傳播得___________，在液體中比在空氣中傳播得___________．
4、聲音在傳播過程中遇到障礙物時(shí)會發(fā)生___________，形成___________．人講話的聲音在傳播過程中總是要遇到障礙物的，即總是要產(chǎn)生回聲的．不同的情況，人對回聲的聽覺不一樣．如果回聲到達(dá)人耳比原聲晚___________s以上，則人耳能把回聲跟原聲區(qū)分開．如果短于這個時(shí)間，回聲與原聲就混在一起，使原聲___________．
5、如圖1所示，敲擊鼓面會聽到鼓聲，若向鼓面上撒些紙屑或泡沫塑料的顆粒，還會看到它們在鼓面上跳動．如圖2所示，敲擊音叉會聽到聲音，若將發(fā)聲的音叉靠近一只懸掛著的輕質(zhì)小球，小球會擺動．這些現(xiàn)象說明___________．其實(shí)不光是這些現(xiàn)象，大量的實(shí)驗(yàn)觀察表明：一切___________物體都在振動．
圖1 圖2
6、如圖所示，在教室里敲一下音叉，同學(xué)們能聽到由音叉___________而發(fā)出的聲音．在人和音叉之間傳播聲音的介質(zhì)是___________．聲音傳到人耳的詳細(xì)情況是：音叉振動在空氣中激起___________，傳到人耳時(shí)引起耳內(nèi)___________振動，從而產(chǎn)生聽覺．
7、在月球上的兩個宇航員，他們不能像在地球上那樣自由交談，而是要靠無線電話交談，這個現(xiàn)象可以說明月球上是___________，空間沒有傳播聲音的介質(zhì)．
8、如圖所示，用一根棉線連接兩個紙筒，就做成了“土電話”．在土電話中，傳播聲音的介質(zhì)是___________，而這種介質(zhì)是固體，這一現(xiàn)象說明___________也能傳聲．
9、人們要利用回聲測定海水的深度，必須要知道（�。�
A．聲音在海水中的速度和聲音在空氣中的速度
B．海水的溫度和聲音在海水中的速度
C．聲音在海水中的速度和聲音在海水中豎直往返的時(shí)間
10、試解釋古代的士兵晚上睡覺時(shí)為何常枕著牛皮箭筒睡在地上（枕戈待旦）?
11、請你做一做下面的實(shí)驗(yàn)：用牙齒輕輕咬住鉛筆（或圓珠筆、鋼筆等）的一端，用手指輕敲鉛筆的另一端，注意聽這個敲擊聲．然后張開嘴使牙齒不接觸鉛筆，而保持鉛筆位置不變，手指用與前面相同的力輕敲鉛筆的另一端，比較這兩次聽到的敲擊聲有什么不同．這個實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明了什么問題?
12、已知聲音在空氣中的傳播速度是340/s，人站在離墻壁51遠(yuǎn)的地方拍手，從拍手到聲音經(jīng)墻壁反射回到他的耳朵需經(jīng)歷___________s的時(shí)間．
13、甲、乙兩人做了這樣的實(shí)驗(yàn)：有一根很長的金屬管，甲在一端敲擊，乙存另一端把耳朵輕輕地貼在金屬管上聽，甲只敲擊了一下，而乙在另一端卻先后聽到了兩次響聲．兩人討論后認(rèn)為：這兩次響聲中，一次是由空氣傳的，另一次是由金屬傳的，之所以能區(qū)分這兩個聲音，是兇為聲音在空氣中和在金屬中傳播的速度___________，并且．第一次聽到的響聲是由___________傳的，因?yàn)開__________．如果用一根充滿水的長金屬管做這個實(shí)驗(yàn)，人能聽到___________次響聲，因?yàn)開__________．如果這個實(shí)驗(yàn)是在月球上做的，那么在一端敲擊一次，另一端的人（�。�
A．也能聽到兩次響聲 B．肯定能聽到一次響聲
C．肯定聽不到響聲 D．可能聽不到響聲
14、在一次海洋探測中，從海面發(fā)射超聲波，經(jīng)2.5s海面接收系統(tǒng)才接收到由海底反射回的超聲波．設(shè)海水中的平均聲速是1500/s，求此處海水的深度．
15、第一次測定鑄鐵里的聲速是在巴黎用下述方法進(jìn)行的，在鑄鐵管的一端敲一下鐘，在管的另一端聽到兩次響聲，第一次是由鑄鐵傳的，第二次是由空氣傳的．管長93l，兩次響聲相隔2.5s．如果當(dāng)時(shí)空氣中的聲速是340/s，求鑄鐵中的聲速．
16、國慶節(jié)，人們用各種方式慶祝這一喜慶節(jié)日．在10月1日晚上，許多城市在大廣場燃放禮花，禮花在幾十米高空爆炸，發(fā)出絢麗奪目的光彩，照亮了整個城市，人們在各自家門口就可以欣賞這一美景．（1）若你在離廣場5k遠(yuǎn)處看，對禮花爆炸時(shí)的聲音和色彩能夠同時(shí)感覺到嗎?說明原因．（2）兩者時(shí)間相差多少?
17、汽船以10米/秒速度橫渡河流，河對面有座，船鳴笛后5秒鐘駕駛員聽到回聲，求鳴笛時(shí)，船離多遠(yuǎn)？（v聲=340米/秒）
1、聲帶，鳴膜，摩擦
2、介質(zhì)，介質(zhì)，聲波，聲波，介質(zhì)，聲波，不能傳播
3、溫度，340，346，快，快
4、反射，回聲，0.1，加強(qiáng)
5、發(fā)聲的物體在振動，發(fā)聲
6、振動，空氣，聲波，耳膜
7、真空
8、棉線，固體
9、C
10、簡述：睡覺時(shí)枕著牛皮箭筒睡在地上，可以及早聽到遠(yuǎn)處敵人偷襲時(shí)的馬蹄聲，原因是聲音在固體中的傳播速度比在空氣中大
11、簡述：用牙咬住鉛筆聽到的敲擊聲比不用牙咬時(shí)聽到的響得多．這個實(shí)驗(yàn)說明骨骼、肌肉也能傳聲，而且傳聲性能比空氣好
12、0.3
13、不同，金屬管，聲音在固體中的傳播速度比在空氣中快，3，液體也可以傳播聲音，B
14、s=vt=1500×1.25=1875
15、設(shè)聲音在鑄鐵中的傳播時(shí)間為t，由于聲音在空氣和鑄鐵中傳播的距離相等，由此可得：
16、（1）不能同時(shí)感覺到．聲音在空氣中的傳播速度要比光速小得多，而色彩（光）是以光速在空氣中傳播的
�。�2）△t=14.4s
17、解：設(shè)船鳴笛時(shí)距S1，聽到回聲時(shí)距S2，則有
即船鳴笛時(shí)距875.
中考解析
一、中考要求
歷年的中考中，對聲現(xiàn)象的考查份量不大，但是每年都有內(nèi)容，常考查的知識點(diǎn)有聲音的產(chǎn)生和傳播，以及回聲的相關(guān)知識，常以選擇、填空的形式出現(xiàn)。
二、中考新題例說
1、閱讀下面的短，回答問題：
如圖所示，幾只鳥在樹上“歌唱”，一個聽覺良好的女孩在一間門窗緊閉的甲房間內(nèi)，靠近單層玻璃她能聽到室外鳥的“歌聲”；她到另一門窗緊閉的乙房間內(nèi)，靠近雙層玻璃（雙層玻璃的夾層內(nèi)抽成真空），她卻幾乎聽不到室外鳥的“歌聲”。
�。�1）運(yùn)用所學(xué)的物理知識，解釋為什么女孩在乙房間內(nèi)幾乎聽不到室外鳥的“歌聲”。
�。�2）女孩在兩個房間都能看到室外樹上的鳥，而只能在甲房間聽到室外鳥的“歌聲”，這說明光的傳播和聲音的傳播有什么不同。
答案：
（1）因?yàn)槁曇舻膫鞑バ枰橘|(zhì)，乙房間的雙層玻璃間抽成真空，無法傳聲。
�。�2）聲音的傳播需要介質(zhì)，而光的傳播不需要介質(zhì)。
2、某學(xué)校操場外一幢高樓離跑道起點(diǎn)170。同學(xué)們在跑步訓(xùn)練時(shí)，由于回聲導(dǎo)致先后聽到兩次發(fā)令槍聲。若聲音在空氣中的速度為340/s，那么聽到兩次發(fā)令槍聲的時(shí)間間隔為（�。�
A．0.5s B．1s
C．0.5in D．1in
解析：
∴ 此題選B。
外拓展
聲音在大氣中的傳播
聲波與光波類似，在大氣中傳播時(shí)會發(fā)生折射、反射和衍射等現(xiàn)象。由于聲波波長較長，頻率最高（20000Hz）的聲音波長為17，頻率為16Hz的低音波長達(dá)21。對一般不太大的障礙物，聲音可以“繞射”到障礙物的后面，當(dāng)障礙物線度比波長大很多時(shí)，在兩種密度不同介質(zhì)的界面上，也會發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。
在大氣中傳播的聲波遇到固體或液體表面時(shí)，反射的聲波基本上接近全反射，通常在空曠的大建筑物內(nèi)或谷間，大喊一聲就會回聲不絕于耳，這就是由于聲音多次反射而造成的。雷暴云中雷聲隆隆也是由于云對雷聲多次反射的結(jié)果。當(dāng)聲波從水中或固體中傳入空氣時(shí)則反射部分會很小，大部分能量將發(fā)生折射，進(jìn)入大氣中。聲音在水面上折射規(guī)律與光波相同，而且不同波長聲音折射角相同，不會出現(xiàn)“色散”現(xiàn)象。當(dāng)聲波入射角越小時(shí)，折射的能量就越多。聲波在兩種介質(zhì)界面上折射角大小取決于聲音在兩種介質(zhì)中的傳播速度。聲音在固體和液體中傳播的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣中傳播的速度。而且也隨溫度升高而增大。在17℃水中聲速為1430/s。與光線傳播規(guī)律類似，折射后聲波傳播方向應(yīng)當(dāng)折彎向聲速較低的介質(zhì)。
大氣中溫度分布是不均勻的，而且各部分之間溫度是連續(xù)變化的，一般講，認(rèn)為大氣水平方向基本均勻，溫度隨高度逐漸變化，這樣，聲音在大氣中的傳播速度也隨高度連續(xù)變化。類似于光學(xué)中snell定理，聲線也應(yīng)是一條彎曲的曲線。曲線彎向聲速較低的大氣層，即彎向溫度較低、較干燥的大氣層。在農(nóng)村，傍 晚常常聽到鄰村的鐘聲就是例子。一般講，到了大氣中上層，往往有云或逆溫層，聲音會發(fā)生反射返回地面，或發(fā)生折射，聲線再彎向地面，于是在距聲幾十千米地方聽不到聲音，但在距聲一百多千米以外又能聽到聲了。這種“異�？陕剠^(qū)”的分布取決于大氣溫度層結(jié)構(gòu)點(diǎn)。
風(fēng)速也會影響聲音的傳播速度，因此也會改變聲音的傳播路徑。當(dāng)風(fēng)速隨高度發(fā)生變化時(shí)聲線也應(yīng)彎曲，實(shí)際聲線形狀應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮溫度層結(jié)、濕度層結(jié)與風(fēng)速、風(fēng)向的共同影響，實(shí)際大氣中聲音傳播情況是比較復(fù)雜的。
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