初二物理竞赛第4讲振动、声现象 教师版

44初一物理竞赛班第 4 讲教师版第四讲振动、声现象初一物理竞赛班第 4 讲教师版45模块一振动与波知识导航波与能量波是把能量从一个位置传播到另一个地方的扰动. 由波引起的扰动是暂时的, 波通过 以后, 介质面又恢复平静.介质传播波的物质称为介质.机械波需要介质才能够传播的波称为机械波.振动与波振动是一种前后或者上下的反复运动. 当能量源引起一种介质振动时, 波就产生了.波 的 种 类横 波波的传播方向和介质的运动方向垂直的波.纵 波波的传播方向和介质的运动方向平行的波.表 面 波表面波是横波和纵波的结合. 这种波发生在两种介质的接触面, 比如水和空气的接触 面.面波是地震波的一种，主要在地表传播，能量最大，波速约 3.8 千米/秒.波 的 性 质振 幅振幅是传递波的介质粒子离开静止位置的最大距离, 振幅是量度介质粒子受波干扰后 运动强弱的量.波 长波在重复之前将传播一定距离, 一个波的两个对应部分之间的距离就是它的波长.频 率波的频率是指在一定时间内通过给定点的完整的波的个数. 频率的单位 Hz.波 速波速指波在单位时间内传播的距离. 波速=波长频率46初一物理竞赛班第 4 讲教师版波 的 相 互 作 用反 射当一个物体或波撞到一个它们无法通过的界面时, 就会反弹回 来. 这种现象称为反射.折 射当波从一种介质进入另一种介质时, 往往会改变方向, 这是因为, 当波 以一定角度进入一种新介质时, 它在介质里传播的速度与在原介质里 传播的速度会有所不同, 于是波的方向就发生了改变. 这种因为速度的 改变而引起波的偏折, 称为折射.衍 射当波通过一个障碍物或通过障碍物的一个小孔时, 它先发生弯曲, 然后 再扩展开来. 波在障碍物周围发生方向改变的现象称为衍射.干 涉当两个或更多的波相遇时, 他们会彼此产生作用, 这种相互作 用称为干涉. 干涉有相长干涉和相消干涉两类.1. 如果两列波相遇后结合而产生一个具有更大振幅的波, 就 发生了相长干涉.2. 如果两个波的振幅相互结合形成一个较小的波, 这就称为 相消干涉.共 振多数物体都有固有的振动频率, 它们的粒子以某个固定的频率自然地振动. 如果通过 一个物体的振动和物体的固有频率相匹配时, 就会发生共振. 如果相同的频率叠加在 一起时, 物体振动的幅度将会增大.【例1】 波的能量是从哪里来的?【答案】振源【例2】 波有哪三种类型? 各举一个实例.【答案】横波：电磁波、水波、绳子的波动纵波：声波表面波：地震波【例3】 当波通过海上的一艘船时, 波将对船产生什么影响?【答案】上下浮动.【例4】 人用手拉、推弹簧, 使其有规律地振动, 请你说出这是那种波? 指出密部与疏部.【答案】纵波向左推进向右拉伸【例5】 通过振动的鼓面附近和振动的音叉附近的空气分子分布情况, 请你判断一下声波在介质中 传播的时候是以哪种波的形式传播的?【答案】纵波【例6】 一束波的波长是 2mm, 频率是 3Hz, 它传播的速度是多少?【答案】0.006m/s【例7】 在给定的一种介质中, 如果一个波的频率增加了, 那么（）A. 波长增加B. 波速增加C. 振幅减小D. 波长减小【答案】D【例8】 由于波速变化导致波发生（）A. 干涉B. 衍射C. 反射D. 折射初一物理竞赛班第 4 讲教师版47【答案】折射48初一物理竞赛班第 4 讲教师版【例9】 波长相同的水波通过宽度不同的窄缝, 对比实验, 你发现什么了?【答案】波发生了衍射现象. 窄缝越小, 衍射越明显.【例10】“隔墙有耳”、“闻其声不见其人” 蕴含着什么物理知识呢?【答案】声波的衍射.衍射条件: 障碍物尺寸小于或者等于波长, 一般人耳听到的声波的波长范围为 17 米至 1.7厘米.【例11】科技馆和实验室里面有个好玩的大铜盆, 名字叫做“鱼洗”. 盆里面放一些水, 双手沾些水搓 两边的把手, 过一会儿水花四溅, 你能解释一下吗?【答案】波的干涉, 两列波频率一样, 相干加强.初一物理竞赛班第 4 讲教师版49模块二声现象知识导航抛物面对声音的反射和聚焦作用:看得见的声波:声音 的产 生振动（固体、液体、气体）声音 的传 播需要介质, 真空不能传声声音在不同的介质中传播速度不同, 一般情况下,v 固体 v 液体 v 气体 声音 的反 射回声人耳区分回声和原声的最短时间间隔是0.1s回声应用: 利用回声测量距离乐音 的三 要素响度振幅越大, 响度越 大通常用分贝（dB）作为单位人的理想声音环境是15 40dB; 为保证休息和睡眠, 噪声应不超过50dB; 为保 证正常工作和学习, 应控制噪声不超过70dB; 为保护 听力, 应控制噪声不超过90dB音调由声源的频率高低 决定的, 频率越高, 音调也越高（1）弦乐器的音调与弦的长短、粗细、松紧有关; 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（2）人的听觉频率范围是20Hz20000Hz, 我们把频 率高于20000Hz 的声音叫做超声波, 低于20Hz 的声 音叫做次声波音色不同物体发出的声 音, 音色是不同的音色取决于发声体本身, 不同发声体的材料、结构不 同, 其振动情况是不同的, 发出的声音的特色也就不 同噪声噪声与乐音 的区别乐音由发声体做有规则振动发出的声音 噪声由发声体做无规则振动时发出的声音（从环境保护角度看, 凡是妨 碍人们正常休息、学习和工作的声音, 都属于噪声）控制噪声的 措施在声源处; 在传播过程中隔声、吸声; 在接收处（人耳处）减弱题型一声音的产生【例12】如图所示, 用悬挂着的乒乓球接触正在发声的音叉, 乒乓球会多次被弹开这个实验是用来 探究（）A声音能否在真空中传播B声音产生的原因 C音调是否与频率有关D声音传播是否需要时间【答案】B这是放大法的思想, 物理研究经常用到此种方法: 如自制温度计, 力可以使物体发生形变（09 年实验）杠杆扭转放大装置等,区分: 转换法【例13】敲击鼓面, 在听到鼓声时, 还可看见鼓面上小纸团在跳动 , 说明鼓声是由于鼓面的 产生的；鼓面的 越大, 鼓声的响度越大【答案】振动；振幅题型二声音的传播【例14】地面各个测控站能准确用一种波对飞船进行遥控, 你认为它是超声波吗? （ 填“是”或“不是”）, 你的理由是 【答案】不是声音的传播需要介质, 在外层空间近似真空, 不能传播超声波笑话: 一名男士带着一名女士到月球旅游, 在月球上, 男士单腿下跪向女士求婚, 深情地 讲了一段感人的词语, 可是女士没有任何反应. 这是为什么呢? 原来他没有带戒指(介质).【例15】物理小组的同学想利用闪电和雷声的时间间隔计算闪电发生位置到他们的距离, 以下是一 位同学提出的不同方案, 其中计算结果误差最小的应该是（） A记录刚刚看到闪电至刚刚听到雷声的时间, 再乘以声速 B记录刚刚看到闪电至雷声刚刚结束的时间, 再乘以声速C由两位同学分别按选项 A、B 两种方法测量时间, 求平均值后, 再乘 以声速D由一位同学按照选项 A 的方法, 多测几次对应不同闪电与雷声的时间 间隔, 求平均值后, 再乘以声速50初一物理竞赛班第 4 讲教师版【答案】A【例16】德国著名音乐家贝多芬老年耳聋后, 用一根木棒听取钢琴的演奏声他把木棒的一端顶在 钢琴上, 另一端用牙齿咬住, 关于这种听声的下列说法中错误的是（） A他使用了骨传导的方法B他利用了回声定位的原理 C他利用了固体传声 D骨传导传来的振动传给听觉神经, 引起听觉【答案】B【例17】蒙住你朋友的双眼, 让她安静地坐在房间中央, 头不要转动, 然后, 你拿两枚硬币, 在以下 哪个方位敲击时, 她能准确地判断出敲击硬币的方位（）A在她的正前方B在她的正后方C在她头顶正上方D在她左前方【答案】D 类似举例: 猫头鹰的耳朵, 环绕立体声等【例18】小红在漆黑的鬼屋里带上耳机听鬼故事, 听到有人在给自己剪发, 剪刀的声音从左耳到后 面再到右耳, 她迅速回过头, 却没有人请你帮她分析一下原因.【答案】双耳效应, 声音到达两耳的时间不同, 人判断方位是根据声音到达两耳的时间差.教师补充题目: 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, 简 述实验所需要的器材、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 完全规则【分析】本题的难点是不容易区分变量, 所以有哪些变量是控制变量就不好确定, 也就不能效控制变 量本题中自变量为声音的传播途径, 因变量为声音的接听, 其他影响声音接听的所有因素, 如声源发出声音的响度、接听距离等, 都是控制变量本题的实验设计可以采用对比实验, 对比实验的特点是当自变量从一种状态改变为另一种状态, 因变量应发生对比鲜明的变化, 结果容易观察、显而易见设计对比实验时要注意这一点方法一:（1）实验器材: 大广口瓶、橡皮塞、小闹钟（2）实验步骤: 把小闹钟调至响振状态, 然后轻放于大广口瓶中, 听小闹钟的铃声, 要求能 听到明显的铃声用橡皮塞盖在大广口瓶的瓶口上并塞紧, 要求不漏气然后, 再听小闹钟的铃声（3）实验分析与结论: 瓶内空气与瓶外空气完全被大广口瓶和橡皮塞隔离, 如果此时仍能 听到小闹钟的铃声, 则可证明听到的铃声是通过大广口瓶和橡皮塞传播出来的, 即固 体也能传播声音方法二:（1）实验器材: 白纸、铅笔、长条桌初一物理竞赛班第 4 讲教师版51（2）实验步骤: 同学甲在长条桌的一端用铅笔在白纸上用力均匀地写“一”, 同时同学乙在 桌子的另一端把耳朵贴在桌面上听甲在白纸上写“一”的声音, 重复几次实验, 都可以 清晰地听到写“一”的声音同学乙将耳朵离开桌面（注意调整耳朵与笔的距离, 保证与上几次实验相比, 耳朵与 笔的距离相同）, 同学甲在相同条件下继续写“一”, 重复几次实验, 都听不到甲在白纸 上写“一”的声音（3）实验分析与结论: 在相同条件下, 耳朵贴在桌面上听得到声音, 在空气中则听不到声音, 说明听到的声音是通过桌子传播的, 即固体可以传播声音【友情提示】本题的方法很多, 需要注意的是由于空气也可以传播声音, 因此在设计这个探究实验时, 要注意控制空气传播声音的因素, 一般说对“气体的控制”有两个途径, 一是隔绝空气, 如答案给出的方法一; 另一种是通过对比完成对“气体的控制”, 如方法二另外还有不 少同学用“土电话”可以传声, 说明固体可以传声但在设计的实验中, 没有对比, 没有说 明在其他条件都相同的情况下, 声音不是从其他途径传递过来的, 这样就不能说明固体 可以传声如用“土电话”可以听到同学说话的声音, 还要设计在相距同样的距离, 用同 样大小的声音说话, 听不到同学说话的声音, 证明声音不是空气传来的, 是通过拉紧的 绳子传来的, 从而说明固体可以传声 还有些同学选择用耳朵贴在铁轨上听火车传来的声音来证明固体可以传声这个实验虽 然可以进行, 但是由于不符合题目中给出的“实验要符合安全的原则”的要求, 因此也不 宜采纳题型三声音的反射和吸收【例19】常温下, 小林对着一口废矿井大喊了一声, 0.2S 后他听到了回声, 那么井深（）m A34B68C3.4D6.8【答案】A【例20】在冬天, 一场大雪后, 人们感到外面万籁俱寂, 即使是繁华的闹市区, 虽然仍旧车水马龙, 但并不显得非常嘈杂了然而在雪被踩过之后, 大自然又恢复了以前的喧闹, 这是为什么 呢?【答案】降雪后街上行人、车辆虽然减少, 声源比平时少了些, 但在繁华的闹市区、仍旧车水马龙, 为什么并不显得非常嘈杂呢?原因是刚下过的雪是新鲜蓬松的, 它的表层有许多小气孔当 外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射, 由于气孔往往是内部大而口径小, 所以, 仅 有少部分声波能通过口径反射出来, 而大部分的声波则被吸收掉了而当雪被踩过之后, 原 本新鲜蓬松的雪就会被压实, 从而减少了对声波的吸收, 所以自然界又恢复了往日喧嚣知识讲解: 声音的吸收松软多孔的物体吸收声 音的能力很强原因:声音射到面上, 反射与吸收同时存在, 经过多次反射和吸收后, 只有很少的声波可以射出去, 达到了吸收声音的目的应用: 音乐厅的墙壁和房顶多空材质; 摩托车消声器等引申教学: 光52初一物理竞赛班第 4 讲教师版思考: 白天, 小明站在家中室内感到阳光明媚, 非常明亮; 但室外的人看到室内光线比较暗, 为什么?题型四声音的计算【例21】某汽车以 54kmh 的速度匀速驶向一座大山, 司机想估测汽车到大山的距离, 按响喇叭后, 继续以原速度向大山行驶, 经过 3s 后, 听到了喇叭回声, 求汽车喇叭发声处距大山多远?S 2S 1S【答案】如图所示, 设从发声起到听到回声时汽车所走的路程为 s1 , 声音传到大山被反射回司机处 经过的路程为 s2 , 汽车发声处距大山的路程为 s , 则2s = s1 + s2 ,v = 54km/h =15m/ss1 + s2v1 t+v2 t1 5 m / s3+s3 4 0 m / s3 ss =2225= 3 2 . 5此题可以变为汽车远离大山 s = s1 - s2 = v1t - v2t22【例22】一列火车以速度 v1 向站台匀速行驶, 鸣笛时间为 t , 站在站台上的人听到的笛声持续时间为 （已知声音在空气中传播速度为 v声 ）【答案】 t - v1t v声末声早到法: 若火车静止鸣笛, 人听到声音持续 t 秒, 但是火车匀速行驶, 或者末声少走一 段路程, 所以早到了, 人听到的声音持续时间变短的时间就是末声早到的时间此题可以变化为火车远离站台, 这时人听到鸣笛声会变长 t + v1t v声此题目可以给学生讲解多普勒效应.【例23】(思考题)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的耳朵的先后时间间 隔大于(或等于） 0.1s ,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. 某农村中学 8 年级课外活动小组为了体验声 音在不同介质中的传播速度不同的物理现象,他们请一位同学在输送水的管道(充满水)上敲 击一下,使铁管发出清脆的声音,其余同学沿铁管分别在不同位置用耳朵贴近铁管听声.实验 结束后, A 同学说自己只听到一次响声; B 同学说自己听到两次响声; C 同学说自己听到三 次响声.已知声音在空气中的传播速度是 v 气=340m/s, 在水中的传播速度是 v 水=1500m/s, 在 钢铁中的传播速度是 v 钢=5100m/s.请你通过计算说明: 在铁管上某处敲响一次, A、B、C 三 位同学的位置到达敲击点的距离各在什么范围内?（写出计算过程和对结论分析过程）【答案】声音到达人耳的先后顺序（传声物质）依次是: 铁、水、空气 要分辨（相邻的）空气和水传来的声音, 设声音传播距离为 s1 , 应有:s1-s1 0.1s , 解得:s 43.97m340m/ s 1500m/ s1s2s2要分辨（相邻的）水和铁传来的声音, 设声音传播距离为 s2 应有:- 0.1s ,1500m/ s5100m/ s解得:s2 212.5m结论: C 同学与敲击点处的距离:s2 212.5m ; A 同学与敲击点处的距离:s 43.97m ;初一物理竞赛班第 4 讲教师版53C 同学与敲击点处的距离在两者时间.本题可由两声问题引入, 例: 敲铁轨两声问题一人在铁轨一段敲一下铁轨, 铁轨另一端的人听两声, 间隔 0.2 秒, 求铁轨长（声音在空气中传播速度 340m/s, 在铁中传播速度 5100m/s）答案:至少多长能听到两声?L - LV声V铁= 0.2s 此题可以变为: 问铁轨题型五声音的三要素、声音的能量、噪声的防治【例24】如下图所示是两种声音的波形图, 从图形可知: 图 声音的响度大; 图 声音的 音调高【答案】甲甲【例25】三个瓶子装有不同量的水, 小明先用小棍敲击三个瓶子, 第 个瓶子发出的音调最高; 如果用嘴向三个瓶子内吹气, 则第 个瓶子发出的音调最高【答案】31联想: 用水灌暖瓶, 听声音就知道是否满了【例26】音调不同的声音, 在空气中传播时（） A低音传播的速度比高音快 B高音传播的速度比低音快 C低音和高音传播的速度相同 D无法判断【答案】C声音传播的速度由介质决定, 与声音的三个要素没有关系【例27】对你熟悉的人“未闻其声, 即知其人”的主要原因是因为每个人发出的声音有不同的（）A音调B响度C音色D三者都不同【答案】C【例28】在一只玻璃杯中先后装入不同量的水, 用细棒轻轻敲击, 会听到不同频率的声音. 与此类 似, 当医生在给病人检查腹部是否有积水时, 常会用手轻轻敲击患者腹部, 细细倾听其发 出的声音, 此为“叩诊”. 判断腹部是否有积水主要根据的是（ ）A.声音的音调B.声音的响度C.声音的音色D.声音的快慢54初一物理竞赛班第 4 讲教师版【答案】A初一物理竞赛班第 4 讲教师版55【例29】为了探究音调与什么因素有关, 小明设计了下面几个实验, 如图所示, 你认为不能够完成 探究目的的是（）【答案】D【例30】下列对声的应用实例中, 主要利用声波传递能量的是（） A有经验的瓜农根据拍击西瓜发出的声音就能判断西瓜的生熟 B医生用听诊器可以了解病人心脏跳动的情况 C利用声纳测海深D利用超声波来清洗精细的机械【答案】D【例31】据报道, 世界“吼王”杰米温德拉曾“吼”出超过 100 分贝的声音, 他“吼”出声音将玻璃杯震 碎下列有关他“吼”出的声音的说法正确的是（）A声音传递了能量 B声音只在玻璃杯中传播 C声音是玻璃杯振动产生的 D声音的分贝数越高其频率越大【答案】A【例32】下列做法属于在传播途径中控制噪声的是（） A汽车进入市区后禁止鸣喇叭 B图书馆里不能大声喧哗 C飞机旁的工作人员带上耳罩 D高速公路两侧安装透明板墙【答案】D56初一物理竞赛班第 4 讲教师版【练1】 唐诗枫桥夜泊中的名句“姑苏城外寒山寺, 夜半钟声到客船”中包含着声学知识对其中 声现象的解释中, 错误的是（）A钟声是由钟的振动产生的 B船上的人根据音色知道是钟发出的声音 C钟声通过空气传播到客船 D船上的人根据音调知道是钟发出的声音【答案】D【练2】 如果“声音在空气中的传播的速度变为 1 米/秒, 则我们周围的世界会有什么变化? “关于这 一问题的讨论, 一位学生提出了下列四个有关的场景, 请你判断不正确的是（） A教室内学生能更清楚地听到教师的讲课声B乐队在会场内的演奏将变得很混乱 C汽车的喇叭不能再起到原来的作用 D我们听到万米高空传来的客机声时, 却不能看到该飞机【答案】A【练3】 电影院的墙壁上都被装成坑坑凹凹的, 俗称燕子泥, 其目的是（）A 减弱回声B防止声音振坏墙壁C增大声音的频率D增强响度【答案】A【练4】 吉它是年轻人喜爱的一种乐器. 在演奏前, 需要调整琴弦的松紧程度, 这样做的目的是调 节琴弦发声时的（）A振幅B响度C音调D音色【答案】C【练5】 下列与声现象有关的说法中正确的是（ ） A城市道路旁的隔音板是在入耳处减弱噪声 BB 超是利用了声音可以传递信息C我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音是因为响度太小 D声音在空气的速度一定是 340m/s【答案】B初一物理竞赛班第 4 讲教师版5758初一物理竞赛班第 4 讲教师版阅读材料超音速飞机与声震现象当飞