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声

声现象:振动出来的波浪

Sound · 声音的产生与传播
上一章我们量'物体动了多快',这一章听'物体振动得多欢'。说话、敲鼓、拉琴,全是东西在抖。声音怎么跑进耳朵?为什么真空里听不到?为什么男生低沉女生尖?本章一次说清。
①
产生

物体在振动

②
传播

靠介质 真空不传

③
三要素

音调/响度/音色

④
利用与噪声

回声 B超 控噪

开场场景:把正在响的手机放进抽气罩,越抽越安静——最后几乎听不见了。说明声音不能在真空里跑,它得'搭着东西'传。而发声的源头,永远是某个在抖的东西。

卡必背公式 / 记忆口诀
声音由物体振动产生,振动停止发声停止
传播需要介质:固体>液体>气体,真空不能传声
15 ℃ 空气中声速约 340 m/s
音调↔频率(Hz);响度↔振幅(dB);音色↔材料结构
口诀:振动发声、介质传声;音调看频率、响度看振幅

义是什么:声音是介质的疏密波

大白话:说话时声带来回抖,挤空气一密一疏地往外推,传到你耳膜再抖一次,大脑就听见了。所以真空中没有空气可挤,声音传不过来。

三要素:音调指高低(尖不尖),由频率决定,频率越高音调越高;响度指大小(响不响),由振幅决定,振幅越大越响;音色指'是谁的声音',由发声体材料结构决定,所以闭眼能分出钢琴和二胡。

路怎么想到:为什么有回声

声音碰到障碍物会反射回来,就是回声。人耳要把原声和回声分开,至少差 0.1 s,对应障碍物至少 17 m 远(340×0.1÷2)。太近时回声和原声混在一起,反而让声音更响(音乐厅、天坛回音壁)。

声的利用:回声定位(蝙蝠、声呐测海深)、B超看胎儿、超声波清洗眼镜。噪声控制三招:声源处减弱(静音玻璃)、传播途中减弱(隔音墙、种树)、人耳处减弱(耳塞)。

例题:三道计算与判断

例1:打雷后 3 s 听见雷声,闪电处多远?
审题:光速极快忽略,声速 340 m/s。
s = vt = 340×3 = 1020 m。
例2:向海底发声呐,4 s 收到回波,海多深?(海水声速 1500 m/s)
审题:4 s 是往返,单程减半。
h = 1500×4÷2 = 3000 m。
例3:牛叫和蚊子叫,谁音调高?谁响度大?
审题:音调看频率,响度看振幅。
蚊子翅膀振动快→音调高但响度小;牛叫振幅大→响度大但音调低。

生活中的物理

生活:为什么听诊器能放大

听诊器把声音集中在管里传,减少分散,振幅衰减小,医生就听得清。

技术:B超原理

向人体发超声波,不同组织反射时间不同,电脑拼成内脏图像。频率高于 20000 Hz,人耳听不见。

展往哪儿长

初中:声现象 → 光现象 → 透镜。高中:声波是机械纵波,讲波长 λ=v/f、干涉、多普勒效应(警车靠近时声音变尖)。现代:超声波测距、降噪耳机(反相声波抵消)、声纹识别。

防坑警示

音调 vs 响度别混:'高歌一曲'的'高'指响度大,'男高音'的'高'指音调高。真空不能传声但光能传——月球上两个人喊破嗓子也听不见,得靠无线电。声速只跟介质和温度有关,跟发声体用力大小无关。

练习

基础:15 ℃空气中声速是多少?

查看解答340 m/s。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

进阶:拍手后 0.2 s 听到对面墙的回声,墙多远?

查看解答s=340×0.2÷2=34 m。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

奥数:为什么往保温瓶里灌开水,越灌声音越尖?

查看解答振动发声的是瓶内空气柱,水越满空气柱越短,振动频率越高,音调就越尖。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。

证教材级补充:人耳听声的范围

人耳能听到的频率范围约 20 Hz~20000 Hz。低于 20 Hz 叫次声波(地震、大象通信),高于 20000 Hz 叫超声波(B超、声呐、清洗)。

声音传入耳朵两条路:空气传导(耳廓→耳道→鼓膜→听小骨→耳蜗→听神经);骨传导(头骨直接把振动传给耳蜗)。自己听自己的录音觉得陌生,就是因为平时主要靠骨传导,录下来只剩空气传导,音色变了。

例题:用手按住正在发声的锣,为什么声音立刻停?振动停止,发声停止——手阻止了锣面振动。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
例题:把耳朵贴铁轨能更早听到远处火车,为什么?声音在固体(钢铁)中比空气中快得多,传得也更远。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题再顺一遍。
记
小结卡

① 声靠振动产生、靠介质传播,真空不传声。

② 音调↔频率,响度↔振幅,音色↔材料。

③ 回声测距:s=vt/2;噪声从声源、传播、人耳三处控。

费曼学习法:讲给别人听
合上书本,假装对面坐着一个初二的小孩,把这三件事说清楚——说不清楚的地方,就是你没真懂。
  1. 用自己的话讲:本章核心是「声现象:振动出来的波浪」,合上书用自己的话讲一遍,不许照抄。
  2. 举个反例 / 什么时候最容易错:"为什么宇航员在月球上不能直接对话?"——月球表面几乎真空,没有空气这种介质把声带的振动传过去,无线电是电磁波,不需要介质,所以靠它。
  3. 哪里还卡壳(标记你的薄弱点):哪一句你要翻书才说得顺?那个地方就是你的薄弱点,拿笔圈出来。