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初中物理声学课程资源(各版本通用)1. 文具盒弹出的乐音用一根橡皮筋和一个文具盒，就可以做成一个简单悦耳的音乐盒，让学生在实验探究中认识乐音的特征，融知识性、趣味性于一体，有效地调动了学生学习的积极性。图2-1把橡皮筋的一端放进文具盒里，关上盒子并把橡皮筋卡住（如图2-1所示）。轻轻拉住橡皮筋，用手指弹动后把耳朵贴在文具盒上，将听到低沉悦耳的声音，此时可观察到橡皮筋的振动较慢，并能清楚地看到橡皮筋振动时留下的视觉暂留的效果（用红色橡皮筋效果最好）。拉紧橡皮筋，使橡皮筋的振动加快，颤影的透明度增强。如果改变手拉橡皮筋的位置（例如抓住橡皮筋的中央并拉紧橡皮筋），将发现橡皮筋振动得更快，听到音调更高的声音。通过上述实验，学生能深切地体会到音调与振动快慢（频率）的关系。如果加大弹拨力度，将听到更大的声音，同时看到橡皮筋振动幅度明显加大，从而验证响度与振动幅度的关系。如果把耳朵稍微远离文具盒，将发现响度明显减弱。由于铁制文具盒的共鸣效果非常理想，所以实验效果较好。2声音的存储存储声音的技术，由原来的唱片、钢丝录音、碰磁录音，发展到现在十分普及的光盘。 光盘由数字存储介质CD制成，能记录文字、音乐和图像。录音时声音通过话筒转变成电信号，再通过抽样以数字信号记录下来，记录仪每秒钟测量声波高低44100次，把测量结果用0和1组成的16位二进制数字存储起来；生产CD时，这些数字被转变成一系列刻入光盘的凹痕和平面。CD机的读声器是由一未很细的红外线激光构成，光线从里往外跟随凹痕和平面组成多旋轨迹，光线照到无痕处，即被反射到光传感器，而在凹痕处，光被散射几乎没有反光，这样获得的光信息是数字信号，然后转换为模拟信号，经放大送到扬声器，就能发出声音。3.纯音、复合音与音色只有一组频率的声音叫纯音，有两组以上频率合成的声音叫复合音。各种乐器发出的声音就是复合音。在复合音中，频率最低的音叫基音,其他的叫泛音。基音的频率决定复合音的音调，而泛音的频率和强度则决定它的音色。纯音不存在音色问题，复合音才有音色的不同。因为各种乐器和每个人发音时的泛音不同, 所以才各有各的音色。音色对电乐器的研制有非常重要的意义。目前正是根据各种乐器声音的频谱、基音和各次泛音的相对强度，用电声的方法进行模拟来制作电乐器。4电子合成器我们的生活离不开音乐,自从电子合成器问世以来,电子音乐就进入了一个新的天地。20世纪50年代,出现了第一台电子合成器。那时它还只是一个庞然大物。利用计算机技术输入信息,可以改变音调、音量、速度、波形及包络等。但是需要花费很多时间才能产生几分钟的音乐。到了20世纪60年代,合成器装上了琴键,已进入商品化,并且体积也大大缩小了。合成器实际上是一台声音的频率合成仪,可以制作各种声音,改变种种音色。可以把制作好的音色贮存起来取用,可以贮存在合成器里,也可以把制作好的音色贮存在只读存贮器中或软盘里。有一种采样合成器,还可以采集某种声音的音色,然后在整个音域里重放,重放时还可以改调、改速度、改音色。合成器可以当作电子音乐的声源,也可以作键盘输入用,还可以通过MIDI (乐器数字接口)系统作为计算机音乐系统里的声音发生器或控制别的部件的主机等等。目前,由于电子音乐的普及,电子合成器可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。可以事先由一个人制作伴奏音乐乐曲或背景音乐,而不需要乐队,或者部分代替乐队。5.科学家宣称发现莫扎特效应原理新华社北京2004年4月28日电 莫扎特的音乐能提高人的学习和记忆能力,这种现象被称为“莫扎特效应”。它的科学原理在哪里?发现这一效应的美国科学家最近宣布,他们发现了其中的分子基础。1993年,美国威斯康辛州奥什科什大学的神经科学家罗谢等人发现,大学生听10分钟的莫扎特D大调双钢琴奏鸣曲后,在空间推理测试中的得分有明显的提高。这一发现,激起了公众对莫扎特音乐的热情，但一些科学家对此表示怀疑。据英国新科学家杂志网站报道,罗谢及其合作者最近在旧金山举行的认知神经学研讨会上说,莫扎特奏鸣曲也能提高大鼠的学习和记忆能力。研究人员希望,这一发现有助于为阿尔茨海默氏症和其他神经退化疾病的患者设计音乐疗法。此前一些科学家认为“莫扎特效应”的产生只是因为音乐能让人的情绪变好, 或者这与莫扎特作品独特的节奏有关。有研究发现,这些节奏与人类大脑的一些节奏周期相符. 但是,不管莫扎特效应的奥秘是什么,莫扎特音乐已在临床上应用。阿尔茨海默氏症患者在听了莫扎特奏鸣曲后,其空间推理和社交能力有明显的提高。莫扎特音乐还被发现能缓解严重癫痛患者疾病发作的症状,而其他音乐则不能。6.回声回声是日常生活中常见的一种声现象。声音在传播过程中,碰到大的反射面(如建筑物的墙壁等)，在界面处将发生反射,人们把听到的反射声波叫做回声。人耳能辨别出回声的条件是：反射声具有足够大的声强,并且与原声的时间差须大于0.1 s。当反射面的尺寸远大于入射声波长时,听到的回声最清楚。关于回声的应用,最典型的可谓声呐装置。用回声测海深、测冰山的距离和敌方潜艇的方位,都是由不同功能的声呐装置完成的。 1912年,英国大商船“泰坦尼克”号在赴美途中发生了与冰山相撞沉没的悲剧。这次大的海难事件引起了全世界的关注,为了寻找沉船,美国科学家最先设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪,用它在船上发出声波,然后用仪器接收障碍物反射回来的声波信号。测量发出信号和接收信号之间的时间,根据水中的声速就可以计算出障碍的距离和海的深浅。第一台回声探测仪于1914年成功地发现了3 km 以外的冰山。实际上这就是现在被广泛应用于国防、海洋开发事业的声呐装置的雏形。第一次世界大战时,德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、船只,几乎中断了横渡大西洋的海上运输线。当时潜水艇潜在水下,看不见,摸不着,一时横行无敌。于是利用水声设备搜索潜艇和水雷就成了关键的问题。法国著名物理学家郎之万等人研究并造出了第一部主动式声呐, 1918年在地中晖芦次接收过(23) km以外的潜艇回波。这种声呐可以向水中发射各种形式的声信号,碰到需要定位的目标时产生反射回波，接收回来后进行信号分析、处理,除掉干扰,从而显示出目标所在的方位和距离。第二次世界大战期间,由于战争需要,声呐装置更趋完善。战后,人们开始实验使用军舰上的声呐探测鱼群。不但测到了鱼群,而且还能分辨出鱼的种类和大小。人们在此基础上研制出各种鱼探机，极大地促进了渔业的发展。 回声在地质勘探中也有广泛的应用。例如在石油勘探时,常采用人工地震的方法,即在地面上埋好炸药包,放上一列探头,把炸药引爆,探头就可以接收到地下不同层间界面反射回来的声波,从而探测出地下油矿。在建筑方面,设计、建造大的厅堂时,必须把回声现象作为重要因素加以考虑。在封闭的空间里产主声音后,声被就在四壁上不断反射,即使在声源停止辐射后,声音还要持续一段时间,这种现象叫做混响。混响时间太长,会干扰有用的声音。但是混响太短也不好,给人以单调、不丰满的感觉。所以设计师们须采取必要的措施,例如,改善厅堂的内部形状、结构、吸声、隔声等,以获得适量的混响,提高室内的音质。7. “双耳效应”的应用之一火炮无处藏身要准确地测出敌炮兵阵地的位置,主要用炮位侦察雷达和光测、声测装备。炮兵声测系统一般由一个预报哨、46个声测哨和一个中央所组成。在敌炮发射时,预报哨配置靠前,最先听到炮声, 立即按下开关，启动中央所的记录仪。声测哨的作用是把收到的声音信号经过电线或无线电发给中央所。中央所一般安装在机动能力很强的卡车上,由接收部分和计算部分组成。接收部分把声测哨收音器收到的声音记录下来；计算部分按每对声测哨收到敌炮声的时间差,计算出敌炮方向,然后在图上画出每对声测哨测定的方向,几条方向的交点就是炮位。为什么炮兵声测系统能准确测出炮位呢?因为火炮发射时产生的声音通过空气向远处传播,每秒钟行程约340m, 3 s后可传到1 km之外。假如我们把测量声音的仪器按一定距离或一条弧线排列起来,保证它们能很好地收听到发射的声响。大炮发射时,由于各声测哨距火炮远近不同,它们收到的声音的时间就存在着差异。这个时间差乘以声音在空气中的传播速度,就可得到这两个测声点距离敌炮兵阵地的距离差值。知道了两个测声点距炮位的差值,经过计算或图解,即可测得敌炮位置。8.超声波的应用实例之一不用洗衣粉的洗衣机新华社2003年5月7日电 普通洗衣机一般是用洗涤剂与衣物上的污垢发生化学反应,再用清水将污垢排出机外,达到洗净衣物的目的。但是，这种洗净作用比较有限，只能清洁衣物表面,而且衣物表面残留的洗衣粉或洗涤剂还会剌激人体皮肤。 超声波洗衣机与传统洗涤方式不同,它主要利用超声波的“空化”作用,产生巨大能量,将污垢从衣物上“震”落下来溶解到水中,然后再通过内桶的转动对衣物进行摔打和水流穿透,洗净衣物。 用超声波洗衣,最大的优点是环保。普通洗衣粉中,起去污作用的是一种叫磷酸纳的助剂,含磷酸铀的污水排入地下后会造成水质污染；无磷洗衣粉采用的代磷剂4A沸石也会污染水质。超声波洗衣机不仅无污染,而且比普通就衣机节水三分之一。9.超声医学(1)超声医学的发展。虽然人类早已观察到不少动物(如蝙蝠、鲸、海豚等)能发出及感受超声,但压电效应发现后,人类才可能制造适用于医学应用的超声波,超声治疗机和更为复杂的超声诊断仪的发明均基于科学技术的发展。如“A型”超声诊断是以曲线的幅度来反映反射回声的强弱,必须用阴极射线示波器来实现,而“B型”超声诊断则除了扫描技术外,更须灰阶调制,实时成像、聚焦、图像的预处理和后处理等技术。1927年出现关于超声波生物学效应的文章后,次年就有人将超声波试用于慢性耳聋的治疗。以后超声波治疗不断发展, 1950年超声治疗工作已经成熟。但超声诊断工作对仪器要求更高,故发展较慢。直至于1950年随着电子科学技术的发展,超声脉冲反射技术和阴极射线示波器的采用,幅度调制型(Amplitude Mode, A型)超声诊断才得以用于临床。在辉度调制型(Brightness Mode, B型)超声诊断中,运动型或时间运动型(M型或T-M型)出现较早,此即日后称为超声心电图的心脏诊断技术。二维声像图则需要更高级、更尖端的技术,故出现更晚。(2)超声的生物、生理效应及医学实验研究。超声波对人体可以产生热的作用。这种热作用在很长一段时间内被当作超声治疗的主要机理。此后又发现过声振动会引起组织内细微的按摩作用(又称细胞按摩),虽然人体不能感觉,但它起到治疗的作用,其他的理论效应以及热作用均源于此。超声能改变神经系统(中枢和周围神经系统)兴奋性、传导功能和动作电位等, 甚至引起结构、形态的变化。超声可引起肌张力变化、肌原纤维凝集,其中出现空泡、变性；可引起消化液增加,胃肠蠕动增强、水肿,渗出、淤血,甚至出血。小剂量 (安全量)超声波对生殖、泌尿、内分泌、骨骼、心血管等系统有促进功能的作用,但大剂量(损害量)则造成不可逆的损伤。超声对人体组织有选择作用,如超声只去除坚硬的牙垢而不损伤柔软的牙龈，故超声洁齿有不出血操作的美称。体外震波(压电效应震波)对结石的粉碎作用远大于对周围组织的破坏。超声对某种细胞有特殊的“亲和力”, 或某些细胞对超声特别敏感,在一定条件的超声作用下，一些细胞破坏、死亡,而夹杂其间的其他细胞却安然无恙。如脑垂体直射治疗能选择性地破坏肿瘤细胞而不波及其他细胞,是一种治疗肢端肥大症的安全方法。10.次声波次声波又称亚声波,它是一种频率低于人的可听声波频率范围的声波。次声波的频率范国大致为104Hz20Hz。次声波产生的声源是相当广泛的,现在人们已经知道的次声源有：火山爆发、坠入大气层中的流星、极光、地震、海啸、台风、雷暴、龙卷风、电离层扰动,等等。利用人工的方法也能产生次声波,例如核爆炸、火箭发射、化学爆炸,等等。 由于次声波的频率很低,因而它显示出了种种奇特的性质。其中,最显著的特点是传播的距离远,而且不容易被吸收。我们知道,声音在大气层中的衰减,主要是由分子吸收、热传导和粘滞效应所引起的,相应的吸收系数与声波频率的二次方成正比。由于次声波的频率很低,所以在传播过程中大气对它的吸收系数很小。例如,空气对频率为0.1 Hz的次声波的吸收系数大约是对频率为1 000 Hz的声波吸收系数的一亿分之一。由于次声波不容易被吸收,所以它的传播距离就很远。1883年8月27日印度尼西亚的喀拉喀托火山爆发时,它所产生的次声波围绕地球转了三圈,传播了十几万千米。当时,人们利用简单的微气压计曾记录到它。次声波不但“跑”得远,而且它的速度大于风暴传播的速度，所以它就成了海洋风暴来临的前奏曲,人们可以利用次声波来预报风暴的来临。次声波的应用从20世纪50年代开始,逐渐被人们所重视。次声被的应用前景大致有这样几个方面。(1)通过研究自然现象所产生的次声波的特性和产生的机理,更深入地研究和认识这些自然现象的特征与规律。例如,利用极光所产生的次声波,可以研究极光活动的规律。 (2)利用所接收到的被测声源产生的次声波,可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如,通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波,来探测出这些次声源的有关参量。(3)预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然现象,如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等,在发生之前可能会辐射出次声波,人们就有可能利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。(4)次声波在大气层中传播时,很容易受到大气介质的影响,它与大气层中的风和温度分布等因素有着密切的联系。因此,可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中的传播特性,探测出某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。(5)通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的结果,探测这些活动特性。例如,在电离层中次声波的作用使电波传播受到行进性干扰,可以通过测定次声波的特性, 进一步揭示电离层扰动的规律。(6)人和其他生物不仅能够对次声波产生某些反应,而且他(或它)们的某些器官也会发出微弱的次声波。因此,可以利用测定这些次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况。11.水底噪声危及海洋动物随着科学技术和航海贸易的发展,原本寂静的浩瀚海洋如今也是热闹非凡,不得安宁。美国海军每年都要在海底进行水底爆炸实验,各国的商船在宽阔的洋面上往来如织,海底石油勘探和海洋开发活动也是方兴未艾。研究人员指出,所有这些活动都在海水中制造了大量的噪声,给海洋动物带来严重的危害。人为制造的这些海底噪声将对海洋动物的听觉和行为造成干扰,迫使有些海洋动物不得不离开海洋,爬到海边和沙滩上。研究人员最近已经得到确切证据，表明所有这些海洋噪声已经导致海洋生物患上各种疾病。当鲸和海豚潜入水底时,其肺中的氮气会被挤压出来,进入体内的血液循环系统和周围的组织中。这些动物潜水的时间越长,则积存在体内的废气就越多。当浮出水面时,它们就会把积存在体内的这些废气排出来。但是,美国海军海洋哺乳动物研究中心的专家多里安豪塞及其同事发现,低频率的声波会减弱鲸在体内积存废气的能力。据多里安豪塞及其同事介绍,噪声使体内组织中的小气泡快速地收缩和膨胀,在每个循环周期中,气泡都会吸收更多的溶解在血液中的气体,最终,气泡越变越大,导致组织破裂或堵塞血管。另外,这些气泡还会压迫神经,导致方向感的消失和关节疼痛。 美国哈佛大学医学院的专家达琳凯顿也发现,军舰发出的尖叫声会损害海豚的心脏、肺和脾,以及一些敏感的器官,如耳朵等。体积越小的动物,噪声对它的危害也越大。有一天,资深的鲸类研究专家肯巴尔康伯发现，有16头鲸和海豚被冲到阿巴科群岛周围,经检查发现,所有的鲸和海豚都表现出异常的出血现象。后来,巴尔康伯了解到, 就在前一天,美国海军在该地区进行了军事演习。12.我国噪声的控制标准为了贯彻中华人民共和国环境保护法及中华人民共和国环境噪声污染防治条例。保障城市居民的生活环境质量，我国的城市区域环境噪声标准( GB309693)规定了城市五类区域噪声最高限值,见下表。城市区域环境嗓声最高限值Leq/dB类别昼间夜间0504015545260503655547055表中0类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准。2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。3类标准适用于工业区。4类标准适用于城市中的交通干线道、路两侧区域和穿越城区的内河航道两侧区域。 补充习题1有两部手机都开通了来电显示功能，且来电铃声都已开启。用手机A拨手机B时，手机B发出响声，并且显示屏发光显示手机A的号码；若将手机A置于一透明的真空罩中，用手机B拨叫手机A，则我们 ( )A能听到手机A发出的铃声，并能看到手机A的显示屏发光B不能听到手机A发出的铃声，但能看到手机A的显示屏发光C能听到手机A发出的铃声，但不能看到手机A的显示屏发光D既不能听到手机A发出的铃声，也不能看到手机A的显示屏发光2在城市道路上常见如图2-2所示的标志牌，它表示的意思是（ ）A鼓号队不能进入 B乐器商店的标志C禁止鸣笛保持安静图2-2D道路转弯注意安全3关于声音，下列说法中不正确的是（ ）A俗话说“隔墙有耳”，说明固体也能传声 B“震耳欲聋”主要说明声音的响度大C“闻其声而知其人”主要根据音色来判断的 D广播、电视发出的声音不是由振动产生的4. 下列措施中不能减弱噪声的是（ ）A街道两旁种草植树B市区禁止机动车鸣笛C控制汽车尾气排放指标D摩托车排气管上加消声器5下列现象不属于利用超声波的是（ ） A蝙蝠飞行时的定向 B医生利用“B”超给病人检查C利用声波清洗精细的零件 D优美的小提琴演奏声6.新年联欢会上，小王在演出前调节二胡弦的松紧程度，他是在调（ ）A音调 B响度 C音色 D振幅 7关于声现象，下列说法中正确的是（ ）A声音在不同介质中的传播速度相同B声源振动的越快，发出声音音调越高C乐音的音调若相同，其音色一定相同D人耳听不到次声，所以次声对人体无影响8下列生活中的现象，能说明“液体可以传播声音”的事例是（ ）A我们听到雨滴打在雨伞上的“嗒嗒”声 B我们听到树枝上小鸟的“唧唧”声C将要上钩的鱼被岸边的说话声吓跑 D人在小溪边听到“哗哗”的流水声9医用“B超”机是利用超声波来诊断病情的，但人们听不到它发出的声音，这是因为( )图2-3A声音响度太小B声源和人耳间没有介质传播声音C声音的频率大于人能听到的声音的频率D声音的频率小于人能听到的声音的频率10.如图2-3所示，小白兔能分辨出门外不是自己的外婆，主要是依据声音的（ ）A.响度 B.音色C.音调 D.频率 11为了使教室内上课的学生免受周围环境噪声干扰，采取下面的哪种方法是有效、合理的（ ）A老师讲话声音大一些 B每个学生都戴一个防噪声耳罩C在教室周围植树D教室内安装噪声监测装置12.考试期间，为了给考生提供一个良好的考试环境，学校在大门口立了一块“静止鸣笛”的交通提示牌，并阻止除公交车以外的机动车辆行驶。其目的是 。图2-413如图2-4所示，将一把钢尺压在桌面上，一部分伸出桌面，用手分别轻拨与重拨钢尺伸出桌面的一端，则钢尺发出的声音 不同。14声音从产生到引起听觉的过程是：发声体的 产生声音，声音在 中传播，到人耳中引起 的振动，这种振动通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，从而产生听觉。15如图2-5所示，为相同时间内的两波形图，对比可知，图 应为男中音歌唱家的声音波形图，另一幅图为女高歌唱家的声音波形图，你判断的理由是 。甲 乙图2-516表中记录了几种物质中的声速。几种物质中的声速(ms-1)空气(15) 340 海水(25) 1531空气(25) 346 铜(棒) 3750软木 500 大理石 3810 煤油(25) 1324 铅(棒) 5000 蒸馏水(25) 1497铁(棒) 5200请对上数据进行分析，找出两个关于声音传播规律的信息：（1） ；（2） .17看图说理：（1）观察甲图，你能得出的结论是： ；（2）观察乙图，你能得出的结论是： 。乙甲图2-6同学们在评估上图中的实验时，小明提出：“在图甲中，鱼受到惊吓不一定是听到拍手声，也许是看到了拍手的动作。”小红则提出：“图乙敲桌面的声音是通过空气传入人耳？还是通过桌子传入人耳？”针对这些疑问，请你对这两个实验进行改进，使之更完善。18小明、小红和小强一起在实验室做了如下几个实验：小明把手放在喉头处，大声讲话，感觉喉头振动了；小红把发声的音叉放在水中激起水花；小强在吊着的大钟下固定一支细小的笔，敲响钟后，笔尖在纸下迅速拖过，纸上便画出一条来回弯曲的细线。（1）他们共同探究的问题是：_；（2）分析上面的实验现象，能得出共同的结论是：_；（3）如果由你来设计验证这个问题的实验，你将怎样设计？写出你的设计。【参考答案】1B 2.C 3.D 4.C 5.D 6.A 7.B 8.C 9.C 10.B 11.C 12.控制噪声13.响度14振动 空气（介质） 鼓膜15甲 男中音音调越低，振动的频率慢16固体、液体和空气都可以传声 声速跟介质的种类和温度有关 声音在空气中传播得慢，在液体、固体中传播得快 17（1）声音能在液体中传播（2）声音能在固体中传播图甲实验：在桌子下拍手发声；图乙实验：在离声源同样距离处，不贴近桌子听，听到的声音较小。 18（1）声音是如何产生的（2）声音是由物体振动产生的（3）弹吉他发声时，会发现琴弦在振动。