1、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
2、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
3、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
4、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：削弱声源。例如在噪声源处装上吸收噪声的仪器(消声器）等。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。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
5、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物 质 声 音 的 传 播 速 度 (m/s) 与 空 气 中 声 速 的 比 较空 气 （ 15 ） 340 1.0 倍水 1500 4.4 倍木 材 (松 树 ） 3300 9.7 倍铁 、 玻 璃 5000 14.7 倍关，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。弦乐器的振动
6、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
7、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
8、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。
9、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 转换成电信号 记录在磁带上 还原成电信号 话 筒 录 音 磁 头 放 音 磁 头还原成振动。 扬 声 器（3）光电数字时代（CD 机）特点：振动 转换成电信号 处理为数字信号 转换成激光强弱 话 筒 计 算 机 处 理 芯 片 刻 录
10、 机刻录在光盘上 转换成数字信号 还原成电信号 还原成振动。 机CD 计 算 机 处 理 芯 片 扬 声 器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
11、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
12、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 3108 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
13、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
14、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
15、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。6、下列实验与实例，不能探究声音的
16、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 D、声波激起耳朵鼓膜振动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
17、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 D、声音只能在地面上传播10、口技是民间表演艺术，演员表演时主要模仿声音的 ( )A、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 D、以上都有可能12、分贝是用来计量声音的 ( )A、音调 B、音色 C、响度 D、以上三者都不是
18、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 B、音调 C、音色 D、传播方向14、频率为 60 Hz 的声音，每分钟振动次数是 （ ）A、60 次 B、1 800 次 C、3 600 次 D、缺少条件，无法计算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、将琴弦放松一点C、松一点、紧一点都可以 D、无法调节16、如图 2-5 为同一示波器(各种条件都相同)屏幕 t 显示的四种乐音的波形图。(1)其中响度最大的波形图是 （ ）(2)其中音调最高的波形图是 （ ）图 2-517、个人想测两山之向的距
19、离，他站在两山之间大声呼喊，2 s 后听到第一次回声，又经过 1s 听到第二次回声，若声速为 340 m/s，试求两山之间的距离。18、第一次测定声音在水中的传播速度是 1827 年在日内瓦湖上进行的。当时两只船相距 14 km，在一只船上的实验员向水中放入一口钟，当他敲钟时，船上的火药同时发光。在另一只船上，实验员向水里放一个听音器，当他看到火药发光后 10 s 听到了水下的声音。请你根据上述数据，计算此次测得的声音在水中传播速度是多少？19、 “闻其声而知其人” ，其中所包含的物理意义是什么？20、如图 2-6 所示，通过实验探究弦乐器弦丝的音调与弦丝松紧、粗细、长短之间的关系：（1）在大
20、木板的一端牢牢钉入一根大钉子；（2）把弦丝的一端绑在钉子上；（3）把木板放在桌子上，再把绑在钉子上的线拉过来，让线垂在桌边；（4）把小桶绑在垂下的线上；（5）为了让线和大木板隔开，要把两块小木板从侧边立起来，放在线的两端；（6）现在在线上弹几下，听一听发出的声音。图 2-6根据以上探究的实验步骤，确定你探究的思路和基本方法，然后制定一个详细的实验方案，在实验过程中及时记录实验现象并根据现象分析总结实验规律。B 卷1、人说话、唱歌时的发声，靠的 的振动；婉转的鸟鸣声，靠的是 的振动；清脆的蟋繂叫声，靠的是 产生的振动。2、如图 2-7 所示，用力敲响音叉，并用悬吊着的塑料球接触发声的叉股，我们看
21、到的现象是 弹起(选填“会”或“不会”)，此现象说明 。若图中所示的实验在月球上进行，挂在左边音叉旁的那个塑料球 弹起(选填“会”或“不会”)。图 2-73、A、B 两发声物体的振动频率如图 2-8 所示，则音调较高的是 物体(选填“A”或“B” ） 。图 2-84、下列与声有关的语句中，所表达的物理含义分别是：（1） “震耳欲聋”说明声音的 大；（2） “低声细语” ， “低”指声音的 小；（3）这小孩说起话来“脆如银铃” ，说的是声音的 高；（4） “悦耳动听”说明声音的 好。5、在一个长 931 m 注满水的铸铁水管的一端敲一下，在另一端听到三次声音，第一次声音同第二次间隔 0.43 s
22、，第二次声音与第三次间隔 2.12 s，已知当时空气中的声速为 340 m/s， 则铸铁中的声速为 m/s。6、击响大古钟，有同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟余音未止。其主要原因是（ ）A、钟声的回音 B、大钟还在振动C、钟停止振动，空气还在振动 D、人的听觉发生“延长”7、钓鱼时，不能大声喧哗，因为鱼听到人声会吓跑。这说明 （ ）A、只有空气能传声 B、只有水能传声C、空气、大地和水都能传声 D、声音在任何情况下都能传播8、在月球的表面主要是岩石和尘埃。有人说，飞来的流星打在月球表面的岩石上，就像演无声电影一样，在其附近听不到一点声响，这是因为 （ ）A、月球表面的岩石受到流星撞击不发声B
23、、流星撞击岩石的声音太小，人耳无法听到C、月球表面附近空间没有空气，缺少传播声音的介质D、原因不明9、一人站在两平行的峡谷之间，当他击掌时，在 0.3 s 和 0.7 s 后听到前后两声回声，若声速为 340 m/s，则此峡谷之间的宽度为 （ ）A、102 m B、170 m C、238 m D、340 m10、在教室里听不到老师讲课的回声，这是因为 （ ）A、回声被学生挡住B、声音分散传出去，回声太小听不见C、回声到达人耳与原声到达人耳相差的时间不到 0. 1sD、根本就没有回声11、把一条粗细均匀的长金属管截成长度不等的四段，然后把这四段金属管由长到短依次排列悬挂起来，如图 2 - 9 所
24、示。若用锤子分别敲击四段金属管时，它们都会发出声音，其音调 （ ）图 2-9A、最低的是金属管 1 B、最高的是金属管 1C、都相同 D、跟敲击的位置有关12、昆虫飞行时翅膀都要振动，蝴蝶每秒振翅 56 次，蜜蜂每秒振翅 300400 次，当它们都从你身后飞过时，凭你的听觉 （ ）A、只能感到蝴蝶从身后飞过 B、只能感到蜜蜂从身后飞过C、都能感到它们从身后飞过 D、都不能感到它们从身后飞过13、关于音调和响度，下列说法中正确的是 （ ）A、 “引吭高歌”中“高”指的是音调高B、 “细声细语”中“细”指的是音调低C、 “尖声细嗓”中“尖”指的是音调D、 “起音太高上不去”中的“高”指的是响度大1
25、4、下列各种说法中，正确的是 （ ）A、按下收录机快放键时，收录机发出的声音比正常放音的音调变低，振幅变小B、蚊子的嗡嗡声是翅膀振动发出的声音C、登上月球的宇航员只能依靠无线电话交流信息D、优美的音乐不可能变为噪声15、关于声音，下列说法中正确的是 （ ）A、回声是山崖、高墙等发出的声音B、吉他能发出多种不同的声音是因为拨弦时用力的大小不同C、在屋子里谈话比旷野里听起来响度大，是由于固体传声的本领比空气大 D、笛子里参与振动的空气柱越短，发生振动的频率越高，其声音的音调越高16、 （1）如图 2 -10 所示，拿一张硬纸片，让它在木梳齿上划过，一次快些，一次慢些，同时仔细倾听。划得快些,听到的
26、声音较 ；划得慢些，听到的声音较 。实验表明： 。图 2-10 图 2-11（2）如图 2-11 所示，将不同粗细的橡庋筋分别张紧在钢尺上，用同样的力拨动橡皮筋，同时仔细倾听。如图（a）所示，拨动张紧的细橡皮筋，听到的声音较 ；如图（b）所示，拨动张紧的粗橡皮筋，听到的声音较 。实验表明： 。17、蜜蜂带着花蜜飞的时候，它的翅膀平均每秒振动 300 次，不带花蜜飞的时候平均每秒振动 440 次。有经验的养蜂人，能辨别出蜜蜂是飞出去采蜜，还是采了蜜飞回来。试解释这个现象。18、汽车以 20 m/s 的速度向山崖驶近，途中鸣了一声笛，2 s 后听到山崖传来回声，当司机听到回声时，汽车离山崖还有多远
27、？鸣笛处距山崖多远？19、P 处有一个高音喇叭,MN 为一幢大楼，有一个人在 Q 处干活，每当喇叭里播音时，此人总能听到“双音” 。已知 P 处距大楼 MN 的竖直距离为 100m，Q 处距大楼 MN 的竖直距离为 300 m，P、Q 的水平距离也为 300 m，如图 2-12 所示。求此人听到“双音”的音差时间。图 2 -1220、部科幻电影中有这样的场面：一艘飞船在太空中遇险，另一艘飞船在前去营救的途中， 突然宇航员听到了遇险飞船的巨大爆炸声，然后看到了爆炸的火光。请你给导演指出这个场景中的至少两个科学性错误。作业参考答案与解析A 卷1、 【答案】流动的空气，马的声带，流动的河水；气体，固
28、体，液体2、 【答案】振动，空气，鼓面振动停止，空气，振动3、 【答案】高低，振动频率，长短，松紧，粗细，改变发声弦的弦长，音调4、 【答案】小，低5、 【答案】音色6、 【答案】B7、 【答案】D8、 【答案】C9、 【答案】B10、 【答案】A11、 【答案】C12、 【答案】C13、 【答案】B14、 【答案】C15、 【答案】A16、 【答案】(1)A (2)C17、 【答案】850m18、 【答案】1400m/s19、 【答案】各人的音色不同20、 【答案】探究的方法是控制变量法 （a）通过改变小桶的轻重来改变弦的松紧，可以发现弦越紧，拨动弦时的音调越高；（b）通过改变侧立的两小板间
29、距，改变音调，间距越小，音调越高；（c）换用不同粗细的弦丝来做实验，在弦的松紧和侧立小板间距都与上面实验相同的情况下，弦丝越细，音调越高。B 卷1、 【答案】声带，鸣膜，翅膀摩擦2、 【答案】会，发声的音叉在振动，会3、 【答案】A4、 【答案】响度，响度，音调，音色5、 【答案】4.910 36、 【答案】B7、 【答案】C8、 【答案】C9、 【答案】B10、 【答案】C11、 【答案】A12、 【答案】B13、 【答案】C14、 【答案】B15、 【答案】D16、 【答案】(1)高，低，音调的高低与物体振动的快慢有关，振动越快，音调越高；（2）高，低，在拨动长度和松紧相同的橡皮筋时，橡皮筋越细，音调越高。17、 【答案】蜜蜂带着花蜜飞的时候，翅膀平均振动的次数比不带花蜜时少，音调低，养蜂人根据蜜蜂飞行时翅膀振动发出的音调高低来判断。18、 【答案】320m，360m19、 【答案】0.41s【解析】提示：声音从 P 点直接传到 Q 处的距离约为 360m，反射的路程是 500m，路程差除以声速。20、 【答案】 （1）光速应比声速快；（2）声音不能在真空中传播。