初中物理声学讲义.docx
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初中物理声学讲义
第一章声现象
知识梳理
1．声音的产生与传播
A.声音的产生
来回往复的运动叫做振动，声音是由于物体的振动产生的．正在发声的物体叫做声源．人说话时的发声是靠声带的振动，婉转的鸟鸣声是靠气管和支气管交界处鸣膜的振动，弦乐器（二胡、京胡、琵琶、提琴等）的发声是靠弦的振动，管乐器（笛、箫、黑管、号等）的发声是靠管中的空气振动，打击乐器（锣、鼓等）的发声是靠锣面和鼓膜的振动．
B.声音的传播
声音可以在固体、液体和气体中传播，但不能在真空中传播．
一般说来，固体的传声能力比液体的强，液体的传声能力比气体的强．
C.声波
声音是一种波，叫做声波．可将不可见的声波与可见的水波进行类比，以理解声波．
由于发声体的振动产生的声音在介质中传播时，在介质中形成疏密相问的波向四周传播，传入人耳后就激起耳内鼓膜的振动，人便听到了声音．
发声停止是指声源停止向外界传送声波，而已经传送出去的声波仍可继续传播．如闪电和雷声是同时产生的，人们在看到闪电后几秒钟才听到雷声，此时声源处的振动早已停止了．
声波在传播的过程中，若遇到山崖、墙壁、高大建筑物等障碍物，就会被障碍物的表面反射回来，形成回声．若回声与原声的时间间隔不小于0．1S，人耳就能听到回声，否则，回声和原声混在一起，使原声加强，修建剧场、礼堂、音乐厅都要考虑回声，以免影响音响效果．声音的反射也遵守光的反射定律．利用回声现象制成的回声测深仪、水声定向器、超声探伤仪等广泛应用于矿床勘探、材料探伤、水深测量、鱼群探测等方面．
从声源发出的声波，在传播的过程中若遇到多个反射面，就可以发生多次的反射．如夏日的雷声，有时隆隆地延续几秒钟以上，就是声波在云层、山岳和地面间多次反射造成的；再如古建筑中的“回音壁”、“三音石”以及江西弋阳境内的名胜“回声谷”等等都是属于多次反射的回声．人在室内讲话比在旷野讲话听起来要响亮，而且当讲话声停止以后，声音并没有立即消失，仍然有余音回荡，就是由于声音在物体表面连续多次反射的多次回声交混在一起形成的，称为交混回响，简称混响，这种混响可以延续一段时间．从声源发声停止，到声音减弱到听不到的一段时间，称为混响时间．如果剧场的混响时间太长，往往使声音不清晰，音色混浊、发闷，形成嗡嗡不绝的噪声；如果剧场的混响时间太短，就会使本来婉转圆润的声音变得干涩无力、生硬，一般剧场的混响时间以l．5S左右为宜．
两列声波在某种物质中传播时相遇如振幅增大，响度就增大，这种现象在声学上叫做声音的共鸣．二胡、小提琴等各种乐器在制造时都充分考虑了这一原理．
物体除了能反射声波，也能吸收声波，特别是软的多孔的材料吸收声波的效果更好．播音室内的墙壁和地面都要用吸收声波的材料来减少杂音的干扰．
D．声能
声音具有能量，这种能量叫做声能．声波在传播的过程中，随着时间的推移，声能逐渐减小，若设法使声波向某一方向传播，则声能就集中，声波就能传得远些，医用听诊器、广播喇叭之所以制成那种形状，就是利用了这个道理．
E．声速
（1）定义
声音每秒传播的距离叫做声速．
（2）决定因素
①声速与传播声音的介质有关．空气中的声速约为340米／秒．一般说来，声音在固体中传播得最快，在液体中次之，在气体中最慢，真空中的声速为零．
②声速还与传播声音介质的温度有关，温度越高，声速越大．
声音在同一种介质中传播时，声速不变，频率、音调不变，但振幅减小、响度减弱．
频率不同的声音在同一种介质中能传播的距离不同，频率越小，能传播的距离越远．当一个乐队慢慢地从很远的地方向你走来时，你先听到的是音调低沉的鼓声，以后才听到音调较高的喇叭声、笛声、铃声，就是这个道理，其原因是频率越大的声波，在传播的过程中被介质吸收得越多．
2．声音的特征
A.声音的三要素
响度、音调和音色组成声音的三要素．
（1）响度
①定义：
声音的强弱叫做响度．声源振动的幅度叫做振幅．
②决定因素：
声音的响度与声源的振幅有关，振幅越大，响度越大；声音的响度还与距离声源的远近有关，距离声源越近，响度越大．
（2）音调
①定义：
声音的高低叫做音调．声源每秒振动的次数叫做频率．频率的单位为赫兹（Hz）．
②决定因素：
声音的音调决定于声源振动的频率，频率越大，音调越高．
弦乐器的音调决定于弦的长短、粗细和松紧．弦的材料（密度）一定时，弦越短、越细、越紧，其发出声音的音调越高．管乐器的音调由发音部分的气体体积大小决定，体积越小，音调越高．
人的发声频率大约在85Hz~1100Hz之间，一般说来，成年男子的声带长而厚，振动频率为90Hz~140Hz，而成年女子的声带短而薄，振动频率为270Hz~550Hz，所以女子说话的音调比男子高些，儿童声带更短、更薄，童音的音调比成人的高．
（3）音色
①音色反映的是声音的品质，又叫音品．不同发声体发出声音的响度和音调都可能相同，但音色不会相同．
②决定因素：
声音的音色除了与发声体发出的泛音个数、频率分布、强度分布等因素有关外，还与传声介质、距离声源的远近以及听者的年龄、经历、文化素养等因素有关．
借助示波器，可以观察到不同音色的声音，它们的波形是不同的．
B声音的听觉辨别及其应用
音调与音色是辨别不同声音的重要依据，这两个依据必须结合起来讲．因为不同的声音既有音调的不同也有音色的不同．只不过有的情况下主要是音调不同，而有的情况下主要是音色不同．听觉的辨别是根据主要因素来进行的．例如，蜜蜂带着花蜜飞时翅膀振动的频率低，发出的音调就低些；不带花蜜飞时振动的频率高，发出的音调就高些．因此，有经验的养蜂人往往根据蜜蜂发出声音的音调高低来判断蜜蜂是飞出去采蜜还是采了蜜飞回蜂房．其实，带蜜飞行与不带蜜飞行，发出声音的音色也有差异，但主要的是音调的不同．又如，有经验的人用手指弹击碗碟，就能判断碗碟的质量，完好的与内部有损伤的碗碟发出的声音不一样——音调与音色都有差异，但最明显的是音调不同．再如，在欣赏音乐时，乐队里有各种乐器齐奏，它们的音调一样，但我们还是能辨别出不同乐器发出的声音，这里的区别就主要是音色．
3．令人厌烦的噪声
A.声音的分类
（1）从物理学的角度来看；乐音的波形是有规律的，乐音好听悦耳；而噪声的波形是杂乱无章的，噪声难听刺耳．
（2）从人的心理和环境保护的角度来看，凡是影响人们正常学习、工作和休息的声音，都属于噪声．
由于声音很难用精确的物理定量来划分，而心理评价又带有很重的心理成分，因而声音的分类通常只能是相对的．
B．噪声的来源
按噪声的主要来源可分为三类：
工业（包括建筑工业）噪声、交通噪声、生活噪声．
C.噪声的危害
人们用分贝（dB）为单位来表示声音的响度．0dB是人能听到的最微弱的声音——听觉下限．分贝值越大，响度越大．
（1）噪声对人的影响
不同分贝的噪声，对人的影响是不同的．30～40dB是对人较为理想的声音环境．70dB以上的噪声干扰交谈，90dB以上的噪声将对人的听力造成损伤，l50dB及以上的噪声会导致人的双耳完全失去听力．
为了保证休息和睡眠，应控制噪声不超过50dB；为了保证工作和学习，应控制噪声不超过70dB；为了保护听力，应控制噪声不超过90dB．
（2）噪声的物理危害
高强度噪声能够损害建筑；在特高强度噪声下，就连发声体本身也可能因疲劳而损坏．
D．噪声的控制
噪声从产生到引起听觉有三个阶段：
声源的振动产生声音斗空气与介质的传播斗人耳鼓膜的振动．
（1）控制噪声的主要途径
①控制噪声声源．可以更换或改造噪声大的机器或部件，在噪声源的周围加吸声、隔声的罩子，还可以在内燃机的排气管上加消声器．
②阻断噪声传播．可使装有噪声源的厂房让窗背向居民区，可以植树造林、建立隔音屏障来反射或部分吸收传来的噪声．
③在人耳处减弱．
若条件许可，三管齐下，综合治理，控制噪声的效果将更好．
（2）以声消声
根据声波的干涉原理，用话筒将噪声收集起来传送到专门的电脑进行分析．根据分析结果通过喇叭发出与原来反相的新噪声，使之与原噪声相叠加，它们相互抵消而变得寂静无声．这种“以声消声”的新的反噪声术称做“有源消声技术”．
4．人耳听不见的声音
A.人耳听觉的频率范围
人耳所能听到声波的频率范围通常在20～20000Hz之间，叫做可听声．
频率于20000Hz的声波叫做超声波，频率低于20Hz的声波叫做次声波，也叫做亚声波．
每个人的听觉范围并不相同，尤其以年龄不同而差异显著．有些儿童可以听到低于20Hz、高达30000Hz甚至40000Hz的声音．随着年龄的增长，
能听的最低频率将升高，能听见的最高频率将降低，70岁以上的老年人一般只能听见1000~4000Hz的声音．
B超声波的特点及其应用
（1）方向性好
利用超声波定向性好和在水中传播距离远等特点制成声呐，进行水中观察和测量．利用超声波方向性好及多普勒效应制成超声波速度测定器．
（2）穿透能力强
在一些不透明的固体中能穿透几十米的厚度．
以上两个特点使得超声波成为探伤、定位等技术的重要工具，如制作A超、B超、M超仪．
（3）易于获得较集中的声能
超声波可以用来粉碎人体结石，对硬质材料作切削、凿孔、焊接等加工以及用来清洗、消毒等．
C次声波的特点及其危害
（1）特点
次声波可以传得很远，很容易绕过障碍物，而且无孔不入．
可通过次声来预报地震、海啸、台风、火山爆发等自然灾害，以及监测核爆炸．
（2）危害
人体各部分器官的振动频率一般处在5~20Hz的次声频段．如胸腔为5～9Hz，腹腔为6～10Hz，心脏为5Hz，盆腔为5Hz，头部为20Hz，全身为5～20Hz．频段为5～20Hz的次声波容易通过共振机理使人受到伤害．
一定强度的次声波对人体会造成严重伤害．次声波对机器设备、建筑物等会造成破坏．
典例剖析
1.晚上小吴在家中正欣赏着音箱里传出来的交响乐，忽然停电了．他将蜡烛点亮后放在音箱前面．过了一会儿通电了，交响乐又响起来了．仔细观察，发现当音箱音量突然变大时，烛焰摇曳得更明显．
（1）烛焰没有受到风的影响，进一步探究，发现蜡烛越靠近音箱，烛焰摇曳得越明显，由此可确定烛焰的摇曳是受的影响所致．
（2）上述现象中，除了有与响度有关的声知识外，相关的声的知识还有（写出两例）：
①；
②．
2.
空气（15℃）
340
海水（25℃）
1531
空气（25℃）
346
铜（棒）
3750
软木
500
大理石
3810
煤油（25℃）
1324
铅（棒）
5000
蒸馏水（25℃）
1497
铁（棒）
5200
根据以下数据，你能从中获得什么信息?
（写三条）几种物质的声速（m／s）
你获得的信息：
（1）．
（2）．
（3）．
3.请你设想一下，假如声音传播速度变为0．1m／s，我们的生活会有哪些变化?
（请写出3个合理的场景）
（1）．
（2）．
（3）．
4.超声波在科学技术、生产生活和医学中有着广泛的应用．请你说出两个应用的实例：
（1）．
（2）．
5.
如图所示，四个相同的玻璃瓶里装水，水面高度不同，用嘴贴着瓶口吹气，如果能分别吹出“dou
（1）’’“ruai
（2）”“mi（3）’’‘‘fa（4）"四个音阶，则与这四个音阶相对应的瓶子的序号是、、、.
6.生活中常常有这样的感受和经历：
当你吃饼干或者硬而脆的食物时，如果用手捂紧自己的双耳，自己会听到很大的咀嚼声，这说明能够传声；但是你身旁的同学却往往听不到明显的声音，这又是为什么呢?
请从物理学的角度提出一个合理的猜想：
．
7.《楚天金报》消息：
4月15日清晨，湖北十堰市竹山县一单位在搞宣传活动时，伴随着激扬的音乐声，飞翔的l5只珍稀红嘴相思鸟纷纷落地而亡!
关于珍稀红嘴相总鸟为何会集体自杀，请提出你的猜想：
．
8.
如图（a）所示，伍实同学用示波器、钢锯条和台钳研究声音的响度．他将钢锯条的下端夹紧在台钳上，上端用手扳动一下，使钢锯条振动发声．实验中，他进行了两次实验，第一次锯条发出的声音响，第二次锯条发出的声音轻，他同时观察到示波器上显示的波形幅度分别如图（b）、（c）所示，则他得出的实验结论是：
．图（d）、（e）是两种声音的波形图，从图形可知：
图是乐音的波形，请提出一种控制噪声的方法：
。
9.
汽车的废气离开引擎时压力很大，如果让它直接排出去，将会产生令人难以忍受的噪音，因此需要安装消音器．如图是汽车消音器的剖面图，它里面排列有许多网眼的金属隔音盘．当汽车废气从排气管进入消音器，经过隔音盘从排气管排出后，废气产生的声音就很小．其消音的原理是．
10.关于声速下列说法正确的是（）
A.回声的速度小于原声的传播速度B.声音在真空中的传播速度最大
C.物体振动得越快，声音的传播速度越大D．声音的传播速度与物体振动的幅度无关
11.运动会的百米赛跑，终点计时员应选择如下的哪种方式开始计时（）
A.听到枪声时B.听到发令员的哨声时
C.看到运动员起跑时D．看到发令枪冒烟时
12.石工在操场边匀速上、下挥动手中的铁锤打石头，每秒钟打击一次，某同学在教室窗口观察，他发现每当工人的手臂向上举到最高点时，才听到铁锤敲击石头发出的响声．当工人停止打石头之后，他又听到了两次响声，如果空气中的声速是340m／s，则教室到操场边的距离是（）
A.170mB.340mC．510mD.680m
13.医生用听诊器听病人的心、肺发出的声音进行诊病．听诊器能（）
A.改变发声体振动的频率，使声音的单调变高
B.改变发生体振动的振幅，使声音的响度增大
C．减少声音的分散，使传入入耳的声音响度增大
D．缩短医生与声源的距离，使传入入耳的声音的音调交高
14.生活在海边的渔民，经常看见这样的情景：
风和日丽，平静的海面上出现一把一把小小的‘降落伞’——水母，它们在近海处悠闲自得地升降、漂游．忽然水母像接到什么命令似的，纷纷离开海岸，游向大海．不一会儿，狂风呼啸，波涛汹涌，风暴来临了．就画线部分，以下解释合理的是（）
A.水母接收到了次声波B．水母接收到了电磁波
C.水母感受到了温度的突然变化D．水母感受到了地磁场的变化
15.
有下列两则信息，如图l和如图2所示．
根据上述两则信息，可以判断下列说法中正确的是（）
A.人凭听觉能发现飞行的蜜蜂和飞行的蝴蝶
B．狗凭听觉能发现飞行的蜜蜂和飞行的蝴蝶
C.猫凭听觉能发现飞行的蝴蝶，不能发现飞行的蜜蜂
D．人凭听觉能发现飞行的蜜蜂，不能发现飞行的蝴蝶
16.大雪过后，小明户外观雪时发现一个现象，雪景中非常静谧，他试着唱歌，声音也不像平时那么响．
（1）请帮助小明根据雪很疏松的特点，分析其原因．
（2）这一现象给我们什么启示?
17.
声音的分贝数
30～40dB
超过50dB
70dB以上
90dB以上
人的感觉
理想的安静环境
影响睡眠和休患
影响正常的学习和生活
影响听力，并引起多种疾病
在一些城市的繁华街道上，我们经常可以看到一种装置（如图所示），请问它是什么装置?
下面表格中列出了一些声音的分贝数和人的感觉，结合表中内容，在图中你看出了什么问题?
应该采取哪些具体措施?
（答出一条即可）
18.
阅读材料，回答问题．
用耳朵看东西
蝙蝠为什么能在黑暗中飞翔自如呢?
难道它们有猫头鹰一般的眼睛?
科学家做了一个有趣的实验：
在房间里布上铁丝网，有的网孔比蝙蝠展开翅膀还要小，必须收起翅膀才能过去，再把蝙蝠的双眼蒙住，让它在这些网孔中飞翔，再用录像机摄录它的飞行情况．它们竟能飞行自如，穿来穿去，捕捉昆虫．
把蝙蝠的眼睛和耳朵敞开，用棉花团把它的嘴堵住，叫它不能发声．放入实验室后，蝙蝠又成了“瞎子”，碰网落地．这说明，蝙蝠是用嘴和耳来辨别方向、识别障碍的．
蝙蝠飞行时，我们听不到它的叫声．研究人员拿来测声仪表，发现蝙蝠的嘴能发出人耳听不到的声波，这种声波的频率在20000Hz以上．蝙蝠和许多动物能够听到．我们管它叫超声波．
其实，用耳朵“看”东西的还有海洋里的哺乳动物——海豚……
请回答：
（1）蝙蝠飞行时，我们为什么听不到它的叫声?
（2）海豚性情温顺，对人类十分友好，有的海豚还会主动游到浅水滩和儿童玩耍，如图所示，它们在水下会发出“吱吱”尖叫，然后判断附近物体的大小、形状和位置．你知道海豚是怎样进行判断的吗?
谈谈你的看法．
（3）一个盲人拄着拐杖在路上行走，一不小心碰到路边的垃圾桶上．一位医生为这个盲人配上探路仪，经过一段时间训练指导，这个盲人就能巧妙地避开路上的障碍物．请你说说医生为盲人配的探路仪的原理．
19.
空气（0℃）
331
冰
3230
空气（15℃）
340
铜
3750
煤油（25℃）
1324
铝
5000
水（常温）
1500
铁
5200
我们知道：
声音在不同介质中传播的速度不同．阅读下表中一些介质中的声速，回答问题：
一些介质中的声速v／（m·s-1）
（1）声音在介质中的传播速度有什么规律?
（写出两条）
（2）在长为884m的金属管的一敲击一下，在另一端先后听到两个声音，两声相隔2．43S．声音在金属管中的传播速度是多大?
该金属管可能是由什么材料制成的?
（此时气温约为l5℃）．
20.
如图所示，汽车匀速直线运动行至A点时鸣笛声音经正前方440m处峭壁反射，2．5S后汽车在B处听到回声．求汽车行驶的速度．（υ声=340m／s）
21.
因施工需要一台大型推土机在夜间以4m／s的速度沿公路MN驶往工地．P点是公路旁边居民住宅区位置，此时推土机所在位置E点与P点间距800m，且两点间连线（PE）与公路MN成300角．假设推土机产生的噪音在500m的范围内会对居民休息产生较大影响，判断推土机过境时对该住宅区是否会产生影响，影响时间为多少分钟？
22.为了探究声音产生的条件，有人建议利用以下的几个实验现象．
（1）放在钟罩内的闹钟正在响铃，把钟罩内的空气抽走一些以后，铃声明显减小．
（2）使正在发声的音叉接触水面，水面溅起水花．
（3）吹笛子时，手指按住不同的孔便会发出不同的声音．
（4）在吊着的大钟上固定一支细小的笔，把钟敲响后，用纸在笔尖上迅速拖过，可以在纸上画出一条来回弯曲的细线．
你认为，能说明声音产生条件的实验现象是哪一个或哪几个?
其他现象虽不能说明声音的产生条件，但是分别说明了什么问题?
23.
大军和小欣在鱼缸边玩耍，鱼儿被吓跑了（如图所示）．小欣认为是他们的动作吓跑了鱼儿，大军却提出是他们发出的声音惊走了鱼儿．请你设计一个实验方案帮助他们作出判断．
24.提出问题：
物体发出的声音是怎样传人我们的耳朵的?
猜想或假设：
．
设计并进行实验：
拔下注射器的活塞，把正在发声的音乐芯片放在大的注射器中，插入活塞并将其压到底部，排出注射器中的空气．用橡皮帽塞住针头插孔，向外拉活塞，看看能否听到音乐．
实验现象：
．
实验结论：
声音可以在中传播，但不能在中传播．
25.已知空气可以传播声音，请设计一个简易实验，证明固体也能够传播声音．请写出实验所需要的器材、实验步骤以及实验分析与结论．要求设计的实验具有可行性，要符合安全原则．
26.
控制条件
编号
琴弦的材料
琴弦的长度／cm
琴弦的横截面积／mm2
A
铜
20
0.3
B
钢
20
0.7
C
尼龙丝
30
0.5
D
铜
40
0.5
E
尼龙丝
40
0.5
小兰在观察提琴、吉他、二胡等乐器的弦振动时，猜想：
即使在弦张紧程度相同的条件下，弦发声的音调高低可能还与弦的粗细、长短及弦的材料有关．于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确．下表是她在实验时控制的琴弦条件：
（1）如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用表中编号为的琴弦（只需要填字母代号）．
（2）探究过程通常采用下列一些步骤：
①实验研究；②分析归纳；③提出问题（或猜想）；④得出结论等．你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是（只填写数字代号）．
（3）在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”．请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：
.
27.
音名
中央
C
1
D
2
E
3
F
4
G
5
A
6
B
7
C
i
唱名（C调）
Do
Re
Mi
Fa
Sol
La
Si
D07
频率／Hz
264
297
330
352
396
440
528
弦长
王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据（如下表所示）．请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据（要求写出估算的过程）．
28.
材料
衣服
锡箔纸
泡沫
方案A：
响度
较响
较响
弱
方案8：
距离
较长
长
短
小明想比较几种材料（衣服、锡箔纸、泡沫塑料）的隔音性能，除了待检测的材料外，可利用的器材还有：
音叉、机械闹钟、鞋盒．在本实验中适合作声源的是．
小明将声源放人鞋盒内，在其四周塞满待测材料．他设想了下边两种实验方案，你认为最佳的是.
A.让人站在距鞋盒一定距离处，比较所听见声音的响度．
B．让人一边听声音，一边向后退，直至听不见声音为止，比较此处距鞋盒的距离．
通过实验得到的现象如下表所示，则待测材料隔声性能由好到差的顺序为．
自主训练
一、填空题
1.在“探究声音的产生”活动中，同学们体验到发声的音叉在振动、说话时声带在振动等一系列现象后，可运用的方法得出结论：
声音是由物体的产生的．
2.
小红同学多才多艺，不仅钢琴弹得好，小提琴拉得也很棒．当她用不同的力弹钢琴时，钢琴发出声音的不同，她弹钢琴、拉小提琴时，你是依据的不同来分辨琴声的．有一次她用收音机听钢琴曲时，索性拆开了收音机做了如图所示的实验，她发现在放钢琴曲时收音机扬声器纸盆上的小纸团“翩翩起舞”，这就明，她又猜想如果把此实验拿到月球上面去做，在月球上（填“能”或“不能”）听到钢琴声．
3.如图所示是两个物体振动时的波形图．这两个波形的共同特点是（只要求写出1条）：
.
4.唐诗《枫桥夜泊》中的诗句“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”，这里体现出的物理知识有、．（写出两点）
5.
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