2018初中物理竞赛教程(基础篇)：第2讲 简单声现象(附强化训练题及答案)

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。

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0.6 m/s 。

表2-1 不同介质中声音的传播速度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，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1 000次，可表示为f=1 000 Hz 。

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。

物 质 声音的传播速度(m/s)与空气中声速的比较 空气（15℃） 3401.0 倍 水 15004.4倍 木材(松树） 33009.7倍 铁、玻璃 5000 14.7 倍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65 Hz，女高音频率约为1100 Hz，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20 dB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）特点：振动−−→−话筒转换成电信号−−−→−录音磁头记录在磁带上−−−→−放音磁头还原成电信号−−−→−扬声器还原成振动。

（3）光电数字时代（CD 机）特点：振动−−→−话筒转换成电信号−−−−−→−计算机处理芯片处理为数字信号−−−→−刻录机转换成激光强弱刻录在光盘上−−→−机CD 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。

2.2.2 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。

2.3 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3×108 m/s和340 m/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 = 340 m/s ×15 s = 5 100 m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，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。

5、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。