第三章声的世界

共8页第1页第三章声的世界第一节科学探究：声音的产生与传播一、声音是怎样产生的1.声源：正在发出声音的物体（含“固体、液体、气体”）。2.声音是由物体的振动产生的，振动停止，发声停止。一切正在发声的物体都在振动。3.常见声源：人——喉咙（声带振动）、手掌（拍）……二胡、提琴——弓和弦的摩擦振动笛子——管内的空气柱蝉——腹部薄膜蚱蜢——后腿摩擦蜜蜂——翅膀振动鱼——鳔海豚——鼻道正在灌水的保温瓶——瓶内水面上到瓶口的空气柱蟋蟀——翅膀振动二、声音是怎样传播的（一）.声音的传播途径1.声音的传播过程：声源介质接收体2.人听到声音的过程：声音空气耳廓耳道鼓膜听骨链（听小骨）鼓室中耳机咽鼓管耳蜗（声学传播过程至此结束，以后是生物电信号处理）3.声音的传播需要介质（介质——作为传播媒介的物质）。一切固体、液体、气体都能传播声音，真空不能传声。（所以在月球上发生爆炸，也不会听到声音）4.一个标准大气压下，温度为15℃时声音在空气中的速度为340m/s。5.区分回声和原声的条件：回声到达人耳比原声发出时晚0.1秒以上（即人要区分开回声和原声，离障碍物的最小距离为：s=vt=340m/s×0.1s÷2=17m，用这种方法可以探测距离制成“声纳”等）；时间差低于0.1秒，回声使原声加强而听不出回声。（二）.声音的传播特性1.声音以波（振动——相当于“水波”）的形式传播，传递着能量，这种能量在传播过程中可以传递给其他物体，引起其他物体的同步振动——共鸣。2.声波在气体中和液体中是纵波，而在固体中有纵波，有横波，还有纵横波、表面波等，情况更为复杂；声波比光波的传播速度小得多；一般物体和材料对光波吸收很大，但对声波却很小，声波在不同媒质的界面上几乎是完全反射。（三）.声音传播速度的影响因素1.不同介质中的声速是不同的。一般情况下，声音在固体中的传播速度最大，在液体中传播速度小于在固体中的传播速度，在气体中的传播速度最小。共8页第2页2.声音在空气中的传播速度还与压强和温度有关。一般情况下，当外界条件不变时，压强越大速度越大，温度越高，速度越小。总而言之，与声音速度有关的因素有：介质的种类、压强、温度。三、声音的作用：传递信息、传递能量（声能）四、应用：1.制造出军事上的声纳，声纳（监测反射声波的系统）技术：测海底深度、测敌方潜水艇的远近、测冰山的距离或者寻找鱼群。2.声波作用于生物体对其产生某种影响称为声波的生物效应。大量试验表明，用一定频率和剂量的声波处理蔬菜、谷物、中草药及树木的种子常常可获得明显的增产效果。3.播放模拟蝙蝠叫声，驱逐夜蛾，可提高玉米产量；4.控制海洋生物声场可以判断鱼群的位置、种类及数量，利用电子发声器引诱鱼群定向聚集，可以提高捕鱼量；5.飞机场安装驱鸟器会大大改善飞机的飞行安全；6.粮仓内安装驱鼠器可使粮食免受鼠害等等。7.物体除了能反射声波，还能吸收声波，坚硬、光滑的物体表面对声音有明显的反射作用。柔软、粗糙、多孔的物体表面则能吸收声音效果更好。比如我们所使用的声音传播测试仪就是利用海绵来吸收声波的。播音室的墙壁和地面都要用吸收声波好的材料来减少杂音。8.北京的天坛回音壁、三音石和寰丘（回声）……五、计算题（例题与作业）1.我国海洋探测船上的科学家为测定北冰洋某处海水深度，从海面向海底竖直发出超声波，5.6s后接收到从海底反射回来的声波，已知海水中声速为1500m／s，请你帮科学家们算出北冰洋该处的深度是多少？解答:分析：从题意可知：声音从海面传至海底，被海底反射后又回到海面共享时间5.6s，则由此可算出声波从海面到海底或从海底到海面所用时间为ss8.26.521.由公式s=vt即可求出海水的深度.解：∵t总＝5.6s∴据v=ts有v=th得：海水深度h＝vt＝1500m/s×21t总＝1500m／s×21×5.6s＝4200m2.一根钢管长为762m，在它的左端敲一下，在右端的人可听到两次响声.若两次响声相隔2.04s，求声音在铜管中的传播速度（声音在空气中的传播速度v0=340m／s）共8页第3页解答:分析：固体、气体都能传播声音，而且固体传播声音的速度最大.因此，敲击铜管左端时，振动发声，声音必然经铜管和空气向外传播，而且处在右端的人先听到由铜管管壁传播来的敲击声，过2.04s后能再次听到由空气传播来的敲击声.根据铜管和空气传播声音的距离S相等以及两次响声的时间差Δt，就可列出方程求解.解：设声音在铜管中的传播速度为v，则由题愈有：tvsvs0即:∴v＝3810m／s答：声音在钢管中的传播速度为3810m/s3.一个人站在高处用望远镜注视远处工地上的木工以每秒一次的频率钉钉子.他听见声音时恰好看到击锤的动作，当木工停止击锤后，他又听到了两次击锤声，木工离他多远？解答:分析：本题从表面上看，似乎题目的物理过程非常复杂，木工的击锤频率、声音传播的时间及观察者记时起点等因素错综复杂.事实上，只要把握住“木工停止击锤后，他又听到两次击锤声”的含义，本题就极易求解.这句话其实等于说明声音传播的时间与木工击锤两次时间相等，结合前面已知的击锤频率，这个时间便得到了.解：已知木工敲击间隔为1s，即Δt=1s，则由分析可知：木工发出的敲击声传到观察者处需要2s，则两人相距s＝v·2·Δt＝340×2×1m＝680m………………………………………………………………………………………第二节乐音和噪声一、概述：1、乐音：有规律的、好听悦耳的声音2、噪声：无规律的、难听刺耳或污染环境的声音（狭义噪声）所有令人感到不舒服的声音（广义噪声）二、乐音的特性（乐音三要素）：响度、音调、音色（一）、响度（音强）：声音的强弱1.响度的决定因素：声源振动的幅度（简称振幅）；振幅越大，响度越大；接受体与声源的远近；与声源越近，响度越大；声音传播途中是否有障碍；障碍越少，响度越大；2.单位：分贝——dB（二）、音调（音高）：声音的高、低1.相关的概念：2.频率：物体每秒钟振动（全振动）的次数；频率的单位——赫兹（Hz）共8页第4页国际标准音调的频率——440Hz3.音调高低的决定因素：声源的频率；物体振动越快（频率越大），音调越高；（三）、音色（音品）：声音的品质与特色1.音色的决定因素：音色是由发声体的材料和结构决定的，2.声音的扩散：是声音朝着许多方向不规则反射、折射和衍射的现象。扩散使室内声场均匀。3.声音的传播和光线的传播一样，遇到障碍物时会产生反射和吸收现象（三、应用：1.人耳的听觉特性人耳对声音的方位、响度、音调及音色的敏感程度是不同的，存在较大的差异。1)方位感：人耳对声音传播方向及距离、定位的辨别能力非常强。人耳的这种听觉特性称之为方位感。2)响度感：对微小的声音，只要响度稍有增加人耳即可感觉到，但是当声音响度增加到某一值后，即使再有较大的增加，人耳的感觉却无明显的变化。通常把可听声按倍频关系分为3份来确定低、中、高音频段。即：低音频段20Hz-160Hz、中音频段160Hz-2500Hz、高音频段2500Hz-20KHz。3)音色感：是指人耳对音色所具有的一种特殊的听觉上的综合性感受。4)聚焦效应：人耳的听觉特性可以从众多的声音中聚焦到某一点上。如我们听交响乐时，把精力与听力集中到小提琴演奏出的声音上，其它乐器演奏的音乐声就会被大脑皮层抑制，使你听觉感受到的是单纯的小提琴演奏声。这种抑制能力因人而异，经常做听力锻炼的人抑制能力就强，我们把人耳的这种听觉特性称为聚焦效应。多做这方面的锻炼，可以提高人耳听觉对某一频谱的音色、品质、解析力及层次的鉴别能力。2.大雪后为什么很寂静在冬天，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静。这是怎么回事?难道是人为的活动减少了吗?那么，为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了以前的喧嚣。原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的。它的表面层有许多小气孔。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，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能则被吸收掉了。从而导致自然界声音的大部分能均被这个表面层吸收，故出现了万籁俱寂的场面。而雪被人踩过后，情况就大不相同了。原本新鲜蓬松的雪就会被压实，从而减小了对声波能量的吸收。所以，自然界便又恢复了往日的喧嚣。3.口哨声是如何吹出来的在闲暇时，很多人都喜欢通过吹口哨来消遣。那么，丰富多彩的口哨声是如何吹出来的呢？从口腔中吹出来的空气，当气流冲出口腔时，从嘴唇的边缘散发出涡漩。于是在嘴唇的反作用力的推动下，就产生了我们听见的声音。有些声音回到气流的发源处，引起气流的不稳定，这种不稳定性产生更多的顺着气流的涡漩。当涡漩到达唇边的时候，将产生出更多的声音。整个过程又将周而复始。在口腔中，回到气流发源处的声音改变了气流的速度，从而导致了许多涡漩的形成。当这些环冲击我们特意改变的口形时，便产生了丰富多采的声音。四、噪声的防治：1.一般标准：居民环境的噪声，日间不能超过50dB，夜间不能超过40dB2.减弱噪声的途径：在声源处减弱；在传播过程中减弱；在人耳处减弱。3.形成多门学科进行系统研究，如：噪声控制学等共8页第5页五、作业：1.女高音歌唱家与男低音歌唱家中的“高、低”指什么（音调的高低）2.女高音歌唱家与男高音歌唱家中的“高、高”分别指什么女高音——音调高男高音——响度大3.牛的叫声与老鼠的叫声相比较，有什么不同牛的叫声响度大、音调低…………………………………………………………………………………………第三节超声与次声一、超声1.定义:频率高于20000Hz的声音称为超声;.2.特点:能量大、沿直线传播。3.超声有很强的穿透能力（如B超）4.超声具有很强的“破碎”能力5.超声处理过的种子可以缩短发芽时间、提高发芽率6.超声的作用超声对于工业生产上有着特殊的作用：第一，超声的机械作用。超声波由于频率高，因此有定向性。它的能量大，所以定向力也大。它可以用来清洗除尘最普通的可用来洗碗。还可以用来对玻璃陶瓷等制品进行加工。第二，超声的空化作用。液体中经常有大小不同的气泡，一定频率的超声波能使某一适宜尺寸的小气泡发生共振。这种适宜的尺寸称为共振尺寸。接近共振尺寸的小气泡会发生高温、高压、放电、发光等一系列的现象，这种现象称为“空化现象”。在超声的这种空化作用下，常常能使许多在常温常压下很难发生的化学反应，竟然很容易发生了。例如超声波可以使酒老熟，也就是促使酒精分子进入水分子团的空隙，形成酒精与水的缔合体，酒就变得柔和醇厚。第三，超声的热作用。二、次声1.定义:频率低于20Hz的声音称为次声.2.特点:次声波具有极强的穿透力3.危害:不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤。次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡。4.为什么次声波能致人于死呢？原来，人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（0.01～20赫），倘若外来的次声频率与身体内脏的振动频率相似或相同，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状。特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命。前面开头提到的发生在马六甲海峡那桩惨案，就是因为这共8页第6页艘货船在驶近该海峡时，恰遇海上起了风暴。风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。次声波虽然无形，但它却时刻在产生并威胁着人类的安全。在自然界，例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变；在工厂，机械的撞击、摩擦；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等，都可以产生次声波。5.三、应用1.人耳要听到声音，必须满足四个条件：1)要有发声体，即必须有声源2)要有传播的介质3)发声体振动的频率必须在20Hz～20000Hz之间4)声源不能离人耳太远……………………………………………