高中基础物理1声音是一种波动

高中基础物理1声音是一种波动第一页，共38页。4-1聲音是一種波動當物體振動時，同時伴隨聲音的產生。當振動體不再振動時，聲音也隨之停止。所以從生活的觀察中可以歸納出：聲音是由物體的振動所引起。1of14第一页第二页，共38页。4-1聲音是一種波動2of14聲音須經由介質來傳播。如右圖，當玻璃罩內的空氣被抽走，我們就聽不到鈴聲了。當物體振動時，造成了周圍介質的擾動，藉由介質的傳動過程，將振動的能量傳遞出去。第二页第三页，共38页。4-1聲音是一種波動聲波在不同介質中的傳播速率並不相同。一般說來：v固體>v液體>v氣體3of14介質聲速(m/s)介質聲速(m/s)空氣343橡木3850淡水1485玻璃5170海水1520銅3810水銀1450鋼5200鉛1190鋁5100第三页第四页，共38页。4-1聲音是一種波動聲波在空氣中傳播時，與當時的風速、溫度及溼度都有關係。4of14在乾燥無風的空氣中，0oC時的聲速為331m/s。氣溫每升高1oC，聲速增加0.6m/s。v=331

+

0.6

t若空氣中聲速為

340m/s，則人可聽到聲音的波長範圍為何?第四页第五页，共38页。4-1聲音是一種波動聲波在空氣中的傳播5of141.當音叉兩股向外擴張時，外側空氣受到擠壓形成密部。2.當音叉兩股向內收縮時，外側空氣較稀薄，形成疏部。3.音叉連續來回振動時，外側空氣不斷地被擾動，形成疏密相間的連續週期波。第五页第六页，共38页。4-1聲音是一種波動頻率的定義：每秒內振動的次數，以f表示。6of14音叉來回振動一次，產生一個密部與疏部，構成一個全波形，因此聲波的頻率和振動體的頻率相同。頻率的單位為1/秒(s-1)，或稱「赫茲」(Hz)。空氣分子做一次振動所需的時間稱為週期，以符號T表示(單位為秒)。週期的倒數即是頻率：第六页第七页，共38页。4-1聲音是一種波動波動上的每一點偏離平衡位置的最大位移稱為振幅，習慣上以符號R表示。7of14在一個週期的時間內，波前進的距離稱為「波長」，以符號l(讀成爛繨)

表示。llRR第七页第八页，共38页。4-1聲音是一種波動8of14聲波的波速與介質的種類、狀態有關，和波長、頻率無關。因為而波動在一個週期(T)的時間內前進了一個波長(l)重要公式，務必充分瞭解！由於v=f‧l，且波速不受波長、頻率影響，所以波長與頻率有反比的關係。第八页第九页，共38页。4-1聲音是一種波動當聲波在空氣中傳播時，由於空氣分子的振動方向和聲波前進的方向平行，所以在空氣中傳播的聲波屬於縱波。9of14傳遞的聲波中，其疏密部分的空氣壓力不同，密部壓力大，疏部壓力小。因此聲波在其傳播的路徑上，造成空氣壓力的變化，但是變化的幅度很小。第九页第十页，共38页。4-1聲音是一種波動耳朵的構造如右圖所示，分成

外耳、中耳和內耳三部分。10of14聲波使鼓膜做相同頻率的振動，此振動再經由中耳的鎚骨、

砧骨、鐙骨的槓桿作用，傳至緊接鐙骨的卵圓窗。鼓膜上所受的壓力傳至卵圓窗薄膜時，壓力訊號被放大約30倍。卵圓窗的薄膜振動傳入耳蝸內，刺激聽覺神經傳至大腦產生聽覺。第十页第十一页，共38页。4-1聲音是一種波動人類耳朵所能聽到的頻率範圍約在20至20000赫茲，稱為「可聞聲」。11of14當物體振動時，低於20赫茲的聲音稱為「次聲」；超過20000赫茲的聲波，人耳無法聽到，則稱為「超聲波」。利用超聲波的高頻振動可作為洗淨和焊接小物件之用。除以上所言，你認為超聲波還有什麼用途?第十一页第十二页，共38页。4-1聲音是一種波動由於聲波的傳播是從聲源處往四周散開，所以聲音的強度隨傳播距離的增加而減弱。12of14就同長的傳播距離而言，以在空氣中傳播的聲音強度衰減最大，其次為液體，在固體中則最小。課本在這段說明中，舉了哪些例子?想想看，還有其他例子嗎?第十二页第十三页，共38页。4-1聲音是一種波動13of14數位資訊以

0

和

1

兩種位元所組成的二進位數來儲存或傳送。一電腦所輸出的電壓訊號為000010000100001...的二進位週期性數列，其中

0

和

1各表示一個位元，而輸出的電壓與時間的關係如下圖所示。若該電腦以

9600

位元/秒的速率將此訊息傳送至喇叭播放，則下列何者最接近喇叭所發出的聲音頻率？

(Ａ)9600Hz

(Ｂ)4900Hz(Ｃ)1920Hz

(Ｄ)960Hz

(Ｅ)480Hz。〔94.學測〕解：(C）第十三页第十四页，共38页。網路資源：1.聲波原理：物理遊樂場

2.教學示範影片：物理遊樂場

3.物理動畫(波以耳實驗、聲速)：好好玩物理網

4.物理動畫(波動分類)：教學示範實驗教室14of145.物理動畫(波動的特性

)：教學示範實驗教室第十四页第十五页，共38页。4-2聲音的反射聲音是一種波動，遇到障礙物會產生反射。1of6當我們聽到來自障礙物反射的聲音，此聲音稱為「回聲」。大致來說，回聲接收和原聲發出的時間需

相隔在0.1秒以上，才能為我們所辨別。。第十五页第十六页，共38页。4-2聲音的反射傳聲筒的形狀，使發出的聲音經過筒壁反射後，傳播方向變得較為集中，因此同樣強度的聲音，可傳至較遠的地方。2of6音樂廳或禮堂的舞臺上方或後方，常

安裝反射面，使聲音能較完整地傳播到聽眾席上。第十六页第十七页，共38页。4-2聲音的反射超聲波的波長比較短，傳播時比較不會散開，可以朝固定的方向前進。此外，還具有能被較小物體所反射的特性，因此常被用來作為探測的工具。3of6課本在超聲波的內容敘述中，提到哪些應用?除此以外，你還能想到其他應用嗎?第十七页第十八页，共38页。4-2聲音的反射4of6海水中聲速約1500公尺／秒。潛艇每隔10秒發出一個聲波脈衝，探測海底。若偵測到的聲波（包含發射波與反射波）強度隨時間變化如下圖所示，則潛艇距離海底約是多少公尺？(Ａ)1500(Ｂ)3000(Ｃ)4500(Ｄ)9000(Ｅ)15000。〔94.學測〕解：(C）第十八页第十九页，共38页。4-2聲音的反射5of6解：(D）老師站立在學校操場上，為百公尺賽跑鳴槍。她於槍響後

0.3

秒聽到槍聲經牆壁甲反射的回聲，再經0.4秒聽到經牆壁乙反射的回聲。若聲速為vo公尺/秒，則王老師站立於下圖中(Ａ)至(Ｉ)的哪一方塊區？〔92.學測補考〕第十九页第二十页，共38页。網路資源：1.封閉空間的聲學現象2.超音波的應用：醫用超音波3.超音波的應用：超音波檢測

4.超聲波的工程應用5.蝙蝠的回聲定位與超音波：台灣蝙蝠學會

6.蝙蝠的回聲定位與超音波：蝠爾摩沙6of67.回聲:

好好玩物理網第二十页第二十一页，共38页。4-3

樂音與樂器4-3-1響度4-3-3音色4-3-0樂音三要素4-3-2音調第二十一页第二十二页，共38页。4-3-0樂音三要素從聲學的分析角度來看，樂音有三個主要特徵：響度、音調、音色，這三項特徵稱為「樂音三要素」。2of13在生活的周遭充斥著各種聲音，其中聽起來悅耳的，都稱為『樂音』。樂音通常由規律的振動所產生，例如歌聲、蟲鳴鳥叫、樂器的演奏等。第二十二页第二十三页，共38页。4-3-1響度演奏樂器時，怎樣調整樂器發出的響度?3of13聲音的強弱程度稱為響度。響度和聲波的振幅大小有關。當發音體的振幅愈大時，對空氣的擾動愈強，造成空氣壓力變化也就愈大，引起耳膜的振動就愈強烈。第二十三页第二十四页，共38页。4-3-1響度70分貝的聲音，是30分貝聲音強度的多少倍?4of13響度常以分貝(dB)作為比較單位。響度每增加10分貝，表示聲音的強度增強10倍。分貝的定義：(I為待測聲音的強度、I0為聲音強度的參考標準)第二十四页第二十五页，共38页。4-3-1響度5of13聲音來源響度(分貝)噴射機引擎運轉聲(50公尺外)130人耳開始感到痛楚120氣壓鑽孔機(3公尺外)90耳朵聽力開始受損80下班時的街道70平常交談聲(相距1公尺)60耳語(1公尺遠)10正常人耳聽覺的下限0第二十五页第二十六页，共38页。4-3-2

音調人類聲帶發音的頻率約在80至1000赫茲。一般男聲的頻率約在95~142赫茲；女聲則約在272~558赫茲。6of13聲音的高低稱為音調。音調和聲音的頻率有關。頻率愈大，感覺到的聲音就愈高昂；頻率愈小就愈低沉。第二十六页第二十七页，共38页。4-3-2

音調每升高八音階，頻率恰好加倍。7of13普通八音階的各音頻率：音名唱名頻率(赫茲)中央CDo262DRe294EMi330FFa349GSol392ALa440BSi494高音CDo524第二十七页第二十八页，共38页。4-3-3音色大部分樂器所發出的聲音，不是單一頻率，而是由好幾種頻率的聲音所混合組成。其中

頻率最低的聲音稱為基音，其餘的頻率皆等於或略近於基音頻率的整數倍數，統稱為

泛音。8of13每一種樂器所發出的聲音各有其獨特的波形，稱為該樂器的音色或音品。第二十八页第二十九页，共38页。05001500100020003000400025003500頻率(Hz)相對強度0.51.04-3-3音色9of13小提琴發出某音調之各頻譜與相對強度的關係如上圖所示，則：1.對照表4-3，小提琴發出什麼音調的聲音?2.上圖中，小提琴的基音頻率是多少?3.對照圖4-13，鋼琴也有這些頻譜，為什麼波形(音色)會不同?4.音叉的頻譜與波形在圖中有何特殊之處?第二十九页第三十页，共38页。4-3-3音色10of13為什麼每個人的聲音各有其獨特的音色?在偵察犯罪方面，「聲紋比對」是很重要的辨識方法。如同分析指紋一樣，分析聲音的波形有助於辨認出發音者的身分。第三十页第三十一页，共38页。4-3-3音色11of13大部分的樂器由兩個主要的部分組成：

振動體和共鳴器。振動體用於發出聲音，而共鳴器則將聲音放大，例如吉他的弦用以振動發音，琴箱則作為共鳴之用。第三十一页第三十二页，共38页。4-3-3音色12of13按照發音方式，樂器分成下列四大類：1.弦樂器：利用琴弓摩擦或手指彈動，使弦振動發音的樂器。2.管樂器：利用吹奏方式，使管內空氣柱振動發音的樂器。3.打擊樂器：利用打擊方式，使皮膜、木板或金屬片振動產生聲音的樂器。4.鍵盤樂器：利用敲動鍵盤的方式，帶動弦或風管內空氣柱的振動而發音的樂器。第三十二页第三十三页，共38页。網路資源：1.聲學

(響度)

:物理遊樂場

2.物理動畫(聲音三要素):好好玩物理網3.認識客家樂器4.認識管絃樂器

13of13第三十三页第三十四页，共38页。4-4噪音噪音：聽起來嘈雜