初二物理_声现象教案[1]

键入文字 第 1 页 共 10 页 初二物理精品讲义 声现象 一 声音的产生与传播 1 声音的产生 通过对各种发声的物体的观察 我们可以发现声音是由物体的 产生的 振动可以发声 振 动停止 发声也停止 振动是指物体在某一位置附近做往复运动 往返一次叫振动一次 发声的物体我们称作声源 声源可以是 所谓的 风声 雨声 读书声 声声入耳 其中的 风声 雨声 读书声 分别是由 来发出声音的 例 1 如图所示的四幅图中 不能产生声音的是 2 声音的传播 声音的传播是需要物质的 物理学中将这样的物质称作介质 声音以声波的形式传播 声音只是声波通过固体或液体 气体传播形成的运动 例 2 下列说法中正确的是 A 只要物体振动 就一定能听到声音 B 固体 液体 气体都能传播声音 C 宇航员们在月球上也可以直接用口语交谈 D 声音在固体 液体中比在空气中传播得慢些 例 3 南三听涛 是湛江八景之一 濒临浩瀚的南海 天水相连 涛声喧哗 巨浪排峰 声音是由物 体的 产生的 涛声是通过 传到人耳的 例 4 一天 小香同学所在的实验小组 将一手机的来电显示设为铃声和屏幕显示 然后将手机用线悬 挂在真空罩中 将罩中的空气抽出后 用电话打该手机 结果只看到手机的屏幕显示而听不到铃 声 该实验可以证明声音需要 传播 而电磁波可以 传播 键入文字 第 2 页 共 10 页 3 声速 对着高墙或山崖喊话 要过一会才能听到回声 这说明声的传播需要一定的时间 声音传播的快慢用 声速来描述 它的大小等于声在每秒内传播的距离 15 的空气中的声速为 340m s 影响声速的因素 影响声速的因素 声速的大小与介质的 有关 还跟介质的 有关 声速的大小与介质的种类有关 声音在不同的介质的传播速度不同 一般情况下 声音在气体中的传播 在液体中传播 速度 在固体中传播速度 例如 某人在一根较长的有水的自来水管的一端敲击一下 另一人在另一端可以听到几次声音 声速的大小跟介质的温度有关 声速随着温度的升高而 温度每升高 1 声音在空气中每秒传播的距离增加 0 6m 当空气在不同区域的温度有区别时 声音的传播路线总是向着 方向 如上方的温度低 声 音就向上传播 此时 地处的声音 高出的人容易听到 4 回声 对着山崖喊话 我们会听到回声 这是因为声音在传播的过程中 遇到障碍物被反射回来 反射回来 的声音再传到人的耳朵里 人便听到了回声 区别回声和原声的条件区别回声和原声的条件 人耳只能区别时间间隔 以上的两个声音 如果回声与原声传到人耳的时间间隔小于 0 1s 那么人耳就不能区分回声与原声 这时回声与原 声混在一起 使原声加强 如果回声和原声传到人耳的时间间隔不小于 0 1s 人耳就能将回声和原 声区别开来 从而听到回声 键入文字 第 3 页 共 10 页 回音壁 回音壁 回音壁建于 1530 年 回音壁是北京天坛皇穹宇的围墙 高 3 72 米 厚 0 9 米 直径 61 5 米 周 长 193 2 米 围墙内有三座建筑物 其中一座叫皇穹宇 整个围墙整齐光滑 回音壁有回音的效果 回音壁有回音的效果 如果一个人站在东配殿的墙下面朝北墙轻声说话 而另一个人站在西配殿 的墙下面朝北墙轻声说话 两个人把耳朵靠近墙 即可清楚地听见远在另一端的对方的声音 而且说 话的声音回音悠长 回音壁的原理 回音壁的原理 回音壁有回音效果的原因是皇穹宇围墙的建造暗合了声学的传音原理 围墙由磨 砖对缝砌成 光滑平整 弧度过度柔和 有利于声波的规则反射 加之围墙上端覆盖着琉璃瓦使声波 不至于散漫地消失 更造成了回音壁的回音效果 三音石 三音石 通向皇穹宇的台阶 其中有一块被称为三音石 如果你站在这块台阶上拍一下手 你就能听到三 次 或者更多次连续拍手的声音 天坛的四周围墙很高 而且坚硬光滑 能够很好地反射声音 墙又是圆形的 三音石正好放在圆 的中心处 当你拍了一下手后 声音从空气中向四周传播 遇到围墙后 又给反射回来 这些经反射 回来的声音又都经过位于圆心的三音石 所以 我们站在三音石上拍手 就会听到清晰的回音 而且 回音特别响 反射回来的声音还有一个特点 它经过圆心后继续向前走 一直传到对面围墙上 经过第二次反 射又回到三音石 这样 我们就听到了第二次 第三次 甚至更多次的声音了 这里除你拍手的那次 声音是原始声音 其余的都是回音 利用回声测距利用回声测距 声音在同一均匀介质中传播速度是不变的 从声源发声到 庭到回声的过程中 声音的运动经历了 声源 障碍物 和 障碍物 声源处接收器 如人耳 两个过程 所以声音 从声源到障碍物所需要的时间是整个时间的一半 即 t t 2 则 s v t 2 因此 当已知声音在某一介质中的 传播速度时 只要测出从发声到回声的时间 就可算出声源与 障碍物之间的距离 例 5 假定有前后两次声音传到人的耳朵里 如果这两次声音到达人耳的先后时间间隔大于 或等于 0 l s 人耳就能够把这两次声音分辨开 也就是说 如果两次声音传到人耳的时间间隔不足 0 1s 人耳就只能听到一次声音 请计算要听到自己的回声 人和障碍物之间的距离至少要多远 例 6 一汽锤正在打桩 某人从看到汽锤撞击大桩到听到撞击声音经过时间为 1 5 秒 问此人距离木桩 有多远 设声音在空气中传播的速度为 330 米 秒 例题 某测量员利用回声测距离 他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪 经过 0 1S 听到第一次回声 又经过 0 5S 再次听到回声 已知声速 340 米 秒 求两峭壁间距离 键入文字 第 4 页 共 10 页 二 我们怎样听到声音 1 人耳的构造 许多人以为人是用耳朵来听声音的 其实并不完全正确 从本质上说 人是用脑来听声音的 耳朵只 起到收集声波并把它传递给大脑的作用 破译声波的含义是由大脑来完成的 当人们睡着的时候是听不到 周围的声音的 这是因为人睡着的时候分管 听 的那部分脑神经也 睡着了 人感知声音的基本过程 人感知声音的基本过程 声波由耳廓收集后 通过耳道引起骨膜的振动 这种振动经过听小骨及其他 组织传给听觉神经 听觉神经将信号传给大脑 这样人就听到声音了 在声音传递给大脑的整个过程汇总 任何部分发生障碍 例如鼓膜 听小骨或听觉神经损坏 人都 会失去听觉 由骨膜 听小骨等部位障碍造成的耳聋成为传导性耳聋 而由听觉神经 听觉中枢等部位障 碍造成的耳聋成为感音性耳聋 听到声音的条件 听到声音的条件 2 骨传声 声音通过头骨 颌骨也能传到听觉神经 引起听觉 这种声音的传到方式叫做骨传导 第一种途径 空气传导 第二种途径 骨传导 骨传导是感知声音的另一种途径 其原理是固体传声 由于骨是声音的良导体 因此 失去听觉的人 只要听觉神经正常 可以通过骨传导听到声音 键入文字 第 5 页 共 10 页 3 双耳效应 人都有两只耳朵 声源到两只耳朵的距离一般是不同的 这样声音传到两只耳朵的时刻 强弱以及其 他的特征也就不同 这些差异是判断声源方向的重要基础 这就是双耳效应 双耳效应能让我们准确的判 断声音传来的方位 我们听到的声音是立体的 这也是立体声的原理 例 7 人们听到自己的说话声 A 首先是人耳将声波传给听觉神经的 B 首先是骨将声波传给听觉神经的 C 是骨传导和空气传导同时将声波传给听觉神经的 D 是骨传导在先 空气传导在后 但几乎是同时的 三 声音的特性 1 声音的三要素 是声音的三大要素 人正是通过这三个要素来区分声音的 2 音调 pitch 音调是指声音的高低 高音 低音 由 频率 frequency 决定 频率越高音调越高 物体在每秒内振动的次数叫做频率 频率是用来表示物体 振动快慢的物理量 物体振动的越快 频率越高 振动越慢 频率越低 频率的测量单位为赫兹 Hz hertz 3 响度 loudness 响度是指人主观上感觉声音的大小 俗称音量 由 振幅 amplitude 和人离声源的距离决 定 振幅越大响度越大 人和声源的距离越小 响度越大 单位 分贝 dB 声音从各 个不同角 度到达人 耳有明显 不同的时 间差 键入文字 第 6 页 共 10 页 4 音色 music quality 音色是指不同发声体发出的声音的特色 不同发声体在音调和响度都相同时 发出的声音特色不 同 即音色不同 音色由发声体的 决定 平常说 闻其声 知其人 就是 这个道理 例 8 二胡是我国劳动人民发明的一种弦乐器 演奏前 演员经常要调节弦的松紧程度 其目的在调节 弦发声时的 A 响度 B 音调 C 音色 D 振幅 例 9 小雨在课外活动中制作了一种发声装置 他在纸筒的开口端打两 个孔 并用一根绳子穿过这两个孔后系紧 如图 1 所示 他抓住 绳子的一端 以平稳的速度在头的上方转动此装置 筒中空气柱 由于 发出声音 当转速增大时 他发现纸筒发出声音 的音调变高了 这是由于 填 振幅 或 频率 变 大的缘故 四 噪声的危害和控制 1 乐音是由做周期性振动的声源发出的 是有规律的声音 2 噪声 从 角度看 噪声是指不规则的 间歇和 随机的振动产生的声音 从 的角 度看 噪声指任何难听的 不和谐的 高分贝的声音或干扰 即凡是妨碍人们正常休息 学习和工作的 声音 以及干扰人听觉的声音都属于噪声 也就是说 从环境保护的角度讲 乐音和噪声没有严格的界 限 所有的声音 包括乐音都有可能成为噪声 乐音乐音噪音噪音 定 义 听起来优美动人的声音 如音乐家演奏乐器 的声音 听起来嘈杂刺耳的声音 如各种机器发出的 声音 产生原因物体按一定规律振动产生的声音 物体做无规则振动产生的声音 区 别 环保角度 凡是影响人们正常休息 学习和工作的声音 以及对人们要听的声音起干扰作用的声音都 属于噪声 键入文字 第 7 页 共 10 页 波 形 图 联系 乐音和噪音都是由物体振动产生的 并没有严格的界限 有些声音从物理学角度来看是 属于乐音 但是从环境学角度看却是噪音 3 噪声的等级和危害 人们以 为单位表示声音的等级 0 dB 是人刚好能听到的最微弱的声音 30 40 dB 是 较为理想的安静环境 70 dB 会干扰谈话 影响工作效率 长期生活在 90 dB 以上噪音环境中 听力是 会受到严重影响 如果突然暴露在 150 dB 噪声环境中 鼓膜会破裂出血 双耳失去听力 声音的等级 dB 人的感觉与危害 0人刚能听到的最微弱声音 听觉下限 30 40较为理想的安静环境 50 60影响睡眠和休息 70干扰谈话 影响工作效率 90听力受到严重影响 并产生神经衰弱 头痛 高血压等疾病 150鼓膜破裂出血 双耳完全失去听力 4 噪声的控制 我们知道 声音从产生到引起听觉有三个阶段 声音的振动产生声音 空气介质的传播 鼓膜的振动 所以不难想出控制噪声的几种方式 在在 减弱减弱 声音是物体振动而产生的 有声音就有产生声音的声源 因此控制噪声 首先要在声源处着手 降低声源发出声音的分贝数 这是防止噪声之本 降低声源发出声音的分贝数 这是防止噪声之本 在在 中减弱中减弱 由于声音传播需要介质 声音在传播途中遇到障碍物可以被反射 被吸收一部分 因此可以考虑 在声音传播途中设置障碍物来阻断它的传播 在声音传播途中设置障碍物来阻断它的传播 在在 减弱减弱 由于声音要被人所感知首先要通过人耳的耳道 堵住了这一通道 也可以减小噪声对人造成的危 害 因此要防止噪声进入人耳 键入文字 第 8 页 共 10 页 5 噪声的利用 选学 噪声一向为人们所厌恶 但是 随着现代科学技术的发展 人们也能利用噪声造福人类 有源消声有源消声 通常所采用的三种降噪措施 即在声源处降噪 在传播过程中降噪及在人耳处降噪 都是消极被 动的 为了积极主动地消除噪声 人们发明了 有源消声 这一技术 它的原理是 所有的声音都由 一定的频谱组成 如果可以找到一种声音 其频谱与所要消除的噪声完全一样 只是相位刚好相反 相差 180 就可以将这噪声完全抵消掉 关键就在于如何得到那抵消噪声的声音 实际采用的 办法是 从噪声源本身着手 设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来 由此看来 有源消声这一技 术实际上是 以毒攻毒 噪声除草噪声除草 科学家发现 不同的植物对不同的噪声敏感程度不一样 根据这个道理 人们制造出噪声除草 器 这种噪声除草器发出的噪声能使杂草的种子提前萌发 这样就可以在作物生长之前用药物除掉杂 草 用 欲擒故纵 的妙策 保证作物的顺利生长 噪声诊病噪声诊病 美妙 悦耳的音乐能治病 这已为大家所熟知 但噪声怎么能用于诊病呢 最近 科学家制成一 种激光听力诊断装置 它由光源 噪声发生器和电脑测试器三部分组成 使用时 它先由微型噪声发 生器产生微弱短促的噪声 振动耳膜 然后微型电脑就会根据回声 把耳膜功能的数据显示出来 供 医生诊断 它测试迅速 不会损伤耳膜 没有痛感 特别适合儿童使用 此外 还可以用噪声测温法 来探测人体的病灶 利用噪声发电利用噪声发电 噪声是一种能量的污染 比如噪声达到 160 dB 的喷气式飞机 其声功率约为 10000 W 噪声达 140 dB 的大型鼓风机 其声功率约为 100 W 聚沙可成塔 这自然引起新能源开发者的兴趣 科 学家发现人造铌酸锂具有在高频高温下将声能转变成电能的特殊功能 科学家还发现 当声波遇到屏 障时 声能会转化为电能 英国的学者就是根据这一原理 设计制造了鼓膜式声波接收器 将接收器 与能够增大声能 集聚能量的共鸣器连接 当从共鸣器来的声能作用于声电转换器时 就能发出电来 看 来 利用环境噪声发电已指日可待 利用噪声来制冷利用噪声来制冷 大家都知道 电冰箱能制冷 但令人鼓舞的是 目前世界上正在开发一种新的制冷技术 即利用 微弱的声振动来制冷的新技术 第一台样机已在美国试制成功 在一个结构异常简单 直径不足 1 m 的圆筒里叠放着几片起传热作用的玻璃纤维板 筒内充满氦气或其他气体 筒的一端封死 另一端用 有弹性的隔膜密闭 隔膜上的一根导线与磁铁式音圈连接 形成一个微传声器 声波作用于隔膜 引 起来回振动 进而改变筒内气体的压力 由于气体压缩时变热 膨胀时冷却 这样制冷就开始了 不 难设想 今后的住宅 厂房等建筑物如能加以考虑这些因素 即可一举降伏噪声这一无形的祸害 为 住宅 厂房等建筑物降温消暑 利用噪声除尘利用噪声除尘 美国科研人员研制出一种功率为 2 kW 的除尘报警器 它能发出频率 2000 Hz 声强为 160 dB 的噪 声 这种装置可以用于烟囱除尘 控制高温 高压 高腐蚀环境中的尘粒和大气污染 利用噪声克敌利用噪声克敌 利用噪音还可以制服顽敌 目前已研制出一种 噪音弹 能在爆炸间释放出大量噪音波 麻痹 人的中枢神经系统 使人暂时昏迷 该弹可用于对付恐怖分子 特别是劫机犯等 键入文字 第 9 页 共 10 页 例 10 下列是小明同学观察到人们在生活中的一些行为和措施 其中属于防止噪声污染的是 A 师傅在用切割机械雕刻精美的石雕时 用棉花团塞住耳朵或戴防声耳罩 B 小明的邻居在晚上看球赛时 将音响的音量开得很大 C 某货车司机为了超车 不断地按喇叭 D 在图书阅览室内 谈笑风生 例 11 近年来 城市建设和发展越来越注重以人为本 如主要城区汽车禁鸣 机场搬迁 轨道两旁安装 隔音板等 这些措施的共同特点是 A 减少大气污染 B 降低噪声污染 C 缓解 热岛效应 D 绿化居住环境 例 12 娄底市区主要道口设有噪声监测设备 某时刻该设备的显示屏上显示 49 20 的数字 这个数字的 单位是 五 超声波与次声波 1 人耳能听到的声波的频率范围 20Hz 20000Hz 2 频率高于 20000Hz 长声波叫做超声波 3 频率低于 20Hz 的声波叫做次声波 4 人和一些动物听觉的频率范围表 2 超声波在生活中的应用 与人耳可听声音相比 超声波具有方向性好 穿透能力强 易于获得较集中 的声能等特点 因而在生活中有广泛的应用 3 次声波 1 次声波 频率在 20HZ 以下 它能很容易绕过障碍物 传得很远很远 而且无孔不入 2 火山爆发 地震 核爆炸都产生相伴随的次声波 乘坐火车 汽车 轮船和飞机时感觉疲倦 这也 是因为它们摆动产生了次声波的缘故 所以次声波对人体有一定的危害 过渡 对自然现象产生的次声波进行分析研究 可以更深入地认识这些现象的特征和规律 利用这些规律 用 于对地震 台风 火山爆发等的监测和预报 例 1 2004 年 12 月 26 日 南亚 东南亚海域发生强烈地震 引发了罕见的大海啸 夺走了很多人的 生命 后来人们在清理现场时很少发现有猫 狗 老鼠等动物的尸体 人们猜测可能是地震时产生的 声波 动物可以听到 而