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第2讲简单声现象2.1学习提要2.1.1声音的产生声音是由物怅的振动产生的，各种振动着的发声物体郁叫做声源。固体、液体、气体的振动都可以发出声音，成为声源。声音从声源处传播到耳中，引起鼓膜振动，我们就听到了声音。2.1.2声音的传播发声体的振动在空气中是怎样传播的呢？我们不妨先看一下这种现象，如图2_1所示。水平悬挂的长弹簧，原先每一圈弹簧的间距是相等的，当推动它的右端后，可以见到弹簧每一圈的间距发生了变化，弹簧中出现的疏密相间的形状会从右端逐渐传向左端，我们看见的是弹簧形成的疏密。当发声物体振动时，附近的空气分子就会形成像弹簧中一样的疏密。这些疏密相间的形状.向四面八方传播开去就形成了声波，如图2-2所示，是用橡皮锤击打音叉，音叉推动周围的空气形成声波过程的示意图。但要注意在声音的传播过程中，传播的尽是疏密相间的形状和能量，振动的空气分子并没有随声波向前移动。图2-1图2-2图2-3声音的传播需要物质(介质）,在没有传声物质的空间（真空）中是无法传播的。如图2-3为真空铃实验装置，当接通电源可清楚地听到铃声。在用抽气机抽出玻璃罩里面空气的过程中，可以发现里面闹钟发出的声音越来越小。当玻璃罩里面的空气被抽光时，声音就无法传播出来了。停止抽气，并让空气重新进人玻璃钟罩内，铃声将会重新出现。这一实验研究说明声音无法在真空中传播，声音的传播依赖于介质。1声音的传播需要时间，在不同的介质中声速不同，如表2-1所示。一般情况下，v固体v液体v气体。声速还跟介质的温度有关。如:15℃时空气中的声速为340m/s，气温每升高1℃，声音在空气中传播的速度就增加0.6m/s。表2-1不同介质中声音的传播速度物质空气（15℃）水木材(松树）铁、玻璃声音的传播速度(m/s)340150033005000与空气中声速的比较1.0倍4.4倍9.7倍14.7倍声音在传播过程中遇到障碍物，会发生以下情况：一部分声音在障碍物表面反射,出现回声现象，它符合光的反射定律。人耳能分辨出两次声音的时间间隔一般为0.1s以上,所以与原声到达人耳的时间差大于0.1s如人就觉得有回音。例如北京天坛回音壁先滑圆型墙壁能使声音发主多次反射，这样就能听到另一端人的讲话声。另一部分会绕过障碍物,我们能隔墙听到相邻房间中的声音就是这种情况。2.1.3声音的种类使人感到愉快的声音为乐音，它是声源有规律振动时产生的，如钢琴、胡琴等乐器在演奏乐曲时发出的声音就是乐音；令人厌烦的声音为噪声，一般桌由声源的无规律振动产生的，如汽车嘞叭声、机器的轰鸣声等。减弱噪声的措施有三种：①削弱声源。例如在噪声源处装上吸收噪声的仪器(消声器）等。②在传播过程中隔声、吸声。例如在高等级公路两侧装上隔音板使噪声被反射，或种植—定宽度的林带使噪声被吸收等。③在接收处减弱噪声。如在人耳处戴上耳塞，或在耳中塞—小团棉花等。2.1.4声音的三个特征1.音调声音有高有低，通常所说的声音高低，就是指音调的高低。例如:钢琴右边琴键弹出的音调就比左边琴键弹出的音调高吼叫声的音调比鸟鸣声的音调低。音调的高低与发声体振动的快慢有关，2在物理学中把物体每秒钟振动的次数称为频率。频率用符号f表示，单位是赫兹，简称赫,符号是Hz。例如音叉每秒振动1000次，可表示为f=1000Hz。音调是由声源的频率高低决定的，频率高，声音就尖厉，音调就高；频率低，声音就低沉，音调就低。弦乐器的振动频率与振动部分弦的长短、粗细、松紧程度有关。弦越细、弦越短、弦越紧，频率越高，音调也越高。成年男子的音带长而厚，儿童和妇女的音带短而薄，所以成年男子的音调比儿童和妇女的低。男低音频率约为65Hz，女高音频率约为1100Hz，我国战国铸时期造的编钟由65个大小不同的青铜钟组成，大的钟音调低沉，小的钟音调高亢。如图2-4所示，5个大小相同的瓶子中装有一些水，从左向右，瓶子里的水依次减少，为了更容.易看清楚每个瓶中的水量，可以在瓶里加人几滴墨水。然后把瓶口放在嘴边吹吹看，从左向右，注意音调的变化,结果是什么样的呢?“吹”的过程是使空气柱振动发声，从左向右，空气柱越来越长，所以在吹的过程中，声音的音调应该越来越低。.频率超过20000Hz的声波称为超声波，频率低于20Hz的声波称为次声波，它们都超出了人耳的听觉频率范围。人耳将听不到。2、响度图2-4声音有轻有响，细雨声须侧耳倾听，雷声震耳欲聋。物理学中把人耳感觉到的声音强弱的程度称为响度。响度又称音量或声量。声音的响度与什么因素有关呢？响度与声源的振幅有关，振幅度越大，响度越大。此外，响度还跟距离声源的远近有美，离声源越远，声音的能量越分散，听到的声音就越轻，响度越小。在声学上，人通常用分贝（dB）作为单位来计量声音响度的大小。分贝数越大，表示人耳感觉到的响度越大。人们把人耳能听到的最小声音的大小定为0dB，当音量增加10dB，声音的响度则要扩大10倍；音量增加20dB时，声音的响度就扩大100倍。人耳是敏感的声音接收器，声音达到八九十分贝，就有可能伤害到耳朵。.3、音色音色（也叫音品）反映的是声音的品质。不同的物体发出的声音，音色是不同的。如两个发声体即使发出的声音音调相同，响度也相同，但人耳仍能分辨出来，就是因为它们的音色不同。例如，我们只要听讲话声，就能判断出讲话者是哪位熟人；用不同的乐器演奏同一首曲子，能分3辨得出用的是什么乐器，这些就是根据音色作出判断的。不同的乐器或发声体发出的声音是由不同频率的声音组合而成的。研究表明，频率组合情况不同，声音的音色就不同。2.2难点释疑2.2.1声音的记录声音记录技术是人类文明发展史的一个重要方面，它与物理学的发展密不可分。记录声音就是把发声体的振动情况保留下来并可随时将其还原。从爱迪生的留声机到今日的CD，声音记录技术大致经历了机械时代、电磁时代和光电数字时代三个阶段的发展。（1）机械时代（留声机）特点：将振动直接记录在唱片上并还原出来。（2）电磁时代（录音机）转换成电信号录音磁头记录在磁带上放音磁头还原成电信号特点：振动话筒扬声器还原成振动。（3）光电数字时代（CD机）转换成电信号计算机处理芯片处理为数字信号刻录机转换成激光强弱特点：振动话筒机转换成数字信号计算机处理芯片还原成电信号扬声器还原成振动。刻录在光盘上CD2.2.2多普勒效应你有没有注意到当警车迎面而来时，警笛的声调会变得越来越髙？当警车离你而去时，警笛的声调会变得越来越低？这种现象称作多普勒效应，多普勒在1842年发现了这个效应产生的原因。如果声音的来源一直在移动，声波会在声源的前方被挤压，而在声源的后面伸展开来。如果每秒钟有越来越多的声波传到你的耳朵，你就会听到比较高的音调。如果每秒钟传到你耳朵的声波越来越少，你听到的音调就比较低。多普勒效应有着广泛的应用。例如，超声波碰到迎面而来的物体，返回时的振动次数会增加，通过测量这种变化的大小，可以推算出物体运动的速度。超声波速度测定器就是根据这一原理制成的。进一步的研究表明，一切波都能产生多普勒效应。天文学家利用光波产生的多普勒效应测天体的速度，交通瞀察利用红外线产生的多普勒效应监测汽车是否超速行驶。42.3例题精析2.3.1关于声音在介质中传播的分析和计算例1在一根较长的自来水管一端敲击了一下，在另一端可以听到几次声音？第一次是由什么传来的？【点拨】装满水的水管传播声音有三种物质：一是管外的空气，二是管内的水，三是金属管子（自来水管）。由于这三种物质传播声音的速度均不相同，所以在另一端可以听到三次声音。金属管子中的声音传播速度最快，人在另一端最先听到金属管子传播的声音，而空气传播声音的速度最慢，所以人最后一次听到的是空气传播的声音，中间的声音则是水传播的。【答案】听到三次声音。第一次是金属管传来的。2.3.2有关光速和声速的计算例2如果你在看见闪电后15s才听到第一声惊雷，估算发生闪电的云层离你有多远?有时在第一声惊雷之后，又能听到一阵隆隆的雷声，这隆隆的雷声是怎样产生的？【点拨】光和声波在空气中的传播速度分别近似为3×108m/s和340m/s，光传播的速度远大于声音传播的速度，在估算的距离不是很大，如月球或其他星体到地球的距离时，一般可忽略光传播的时间，以看到光时刻开始计时。有些题目以回声测距离时，不要忘记声音通过的距离是来回的，间距只是路程的一半。【解答】估算出雷声从云层传播到人的距离为s=vt=340m/s×15s=5100m听到的阵阵雷声是由于人周围的建筑物发生的反射引起的。2.3.3区分响度、音调和音色例3把原来每秒放映24幅的电影胶片改为每秒放映36幅，这样电影中本来是男的讲话声，听起来好像是女的在讲话。这是为什么？【点拨】声音的高低叫音调，它是由物体振动的频率决定的。频率越小，音调越低；频率越大，音调越髙。男人说话时的音调较低，女人说话时的音调较高。【答案】电影胶片放映速度由原来的每秒放映24幅改为每秒放映36幅，放映速度改变了，引起胶片所记录的讲话声音的放音频率发生了变化，使频率为原来的3/2倍，即音调比原来变高了，5所以男声听起来好像是女声了。例4男低音歌唱演员独唱时由女高音轻声伴唱，对两人声音的描述正确的是（）A、男低音比女高音音调低,响度大B、男低音比女高音音调低,响度小C、男低音比女高音音调高,响度小D、男低音比女高音音调高,响度大【点拨】日常用语里声音的高、低有时指响度，有时指音调，含义不是唯一的。女高音和男低音，这里的髙、低指的是音调，它是由声源的振动频率决定的。而轻声伴唱指的是响度，它是由声源振动幅度决定的。【答案】A。2.4强化训练A卷1、《黄河大合唱》中有一句歌词：“风在吼，马在叫，黄河在咆哮······”它们的声源分别是、和。可见，作为物质存在的三种形态，、、都能发声，都可以作为声源。2、龙舟比赛时，阵阵鼓声是由鼓面的而产生的，并经传入人耳，将敲响的鼓面用手一按，响声马上消失了，这是因为。要使笛子发出声音，必须用力来吹，使笛管中的发生。3、物理学中，把声音的叫音调，音调由声源的决定。弦乐器的音调高低跟弦的、和都有关。拉二胡时，手指在琴弦上面上下移动，是通过来改变的高低的。4、男同学的声音通常比女同学沉闷、浑厚，原因是男同学声带振动频率，声调较。65、笛子和胡琴同时演奏一支曲谱,一听声音就能区别出笛子声和胡琴声，这是因为它们的不同。6、下列实验与实例，不能探究声音的产生与传播条件的是（）A、用手机拨打放在真空罩内的BP机，BP机显示手机号，却听不到BP机呼叫B、人们先看到闪电，隔一段时间才能听到远处的雷声C、往鼓面上撒一些泡沫塑料屑，敲鼓时见到泡沫塑料屑不停地跳动D、登上月球的航天员们即使相距很近，也只能用无线电话交谈7、耳朵能听到声音是由于()A、振动在空气中传播形成声波B、振动在人体中传播形成声波C、声波激起人体全身肌肉组织的振动8、用两个金属盒或塑料瓶盖，中间串上一根塑料绳，做成一个土电话，这主要是利用了以下哪一点()A、回声B、气体传声C、固体传声D、液体传声9、我国已多次进行了“神舟”号载人航天飞船的试验，不久我国多名航天员将乘坐宇宙飞船遨游太空。航天员在太空舱中可以直接对话，但在飞船外作业时，他们之间不能直接对话，必须借助电子通信设备进行交流，其原因是()A、用通信设备对话是为了方便B、声音的传播需要有传声物质C、太空中噪声太大10、口技是民间表演艺术，演员表演时主要模仿声音的()D、声音只能在地面上传播D、声波激起耳朵鼓膜振动7A、音色B、响度C、音调D、频率11、距发声体越远的地方听到的声音越小，这是因为（）A、声音的频率变小了B、声音的传播速度变小了C、声音分散了，振幅变小了12、分贝是用来计量声音的()D、以上都有可能A、音调B、音色C、响度D、以上三者都不是13、弦乐队在演奏前，演奏员都要调节自己的乐器——拧紧或放松琴弦，这样做主要是改变乐器发出声音的（）A、响度14、频率为60Hz的声音，每分钟振动次数是（）A、60次15、使小提琴发出的声音音调变高，应当采取的方法是A、将琴弦紧一点（）B、1800次C、3600次D、缺少条件，无法计算B、音调C、音色D、传播方向B、将琴弦