初中物理聲學基本知識及計算題辨析

　　1.汽車在筆直的公路上作勻速直線運動，速度為v1=20m/s，在汽車正前方L=270m處有一山崖，此時汽車鳴笛，又前進一段路程s 聽到回聲，已知聲速為340m/s，求s

　　解:聲音"往返"的路程和汽車所行路程的"和"是汽車鳴笛時與山崖距離的二倍，汽車行駛的時間等于聲音傳播的時間
　　由270m*2=340m/s*[s/(20m/s)]+s可求出s =30m

　　2.什么是次聲波?次聲波對人體有什么危害?有哪些方面的應用?

　　答:次聲(Infrasound)是指頻率低于人類聽覺可分辨的頻率范圍的聲波，人耳可分辨的頻率范圍大致為20Hz～20000Hz。次聲波的頻率20Hz以下,也就是說發(fā)出次電波的聲源每秒振動次數(shù)小于20.
　　10Hz以下的次聲波可以跨山越洋，傳播數(shù)千千米以遠。1983年夏季，印度尼西亞蘇門答臘和爪哇之間的喀拉喀托火山發(fā)生了一次震驚全球的火山爆發(fā)，產(chǎn)生的次聲波曾繞地球轉(zhuǎn)了3圈，歷時108小時。1986年1月29日0時38分，美國航天飛機"挑戰(zhàn)者"號升空爆炸，產(chǎn)生的次聲波歷時12小時53分鐘。
　　次聲波具有較大的破壞性。高空大氣湍流產(chǎn)生的次聲波能折斷萬噸巨輪上的桅桿，能將飛機撕得四分五裂；地震或核爆炸所激發(fā)的次聲波能將高大的建筑物摧毀；海嘯帶來的次聲波可將岸上的房屋毀壞。次聲的頻率與人體器官的固有頻率相近(人體各器官的固有頻率為3~17Hz，頭部的固有頻率為8 ~12Hz，腹部內(nèi)臟的固有頻率為4~6Hz)，當次聲波作用于人體時，人體器官容易發(fā)生共振，引起人體功能失調(diào)或損壞，血壓升高，全身不適；頭腦的平衡功能亦會遭到破壞，人因此會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)感、惡心難受。許多住在高層建筑上的人在有暴風時會感到頭暈惡心，這就是次聲波作怪的緣故。如果次聲波的功率很強，人體受其影響后，便會嘔吐不止、呼吸困難、肌肉痙攣、神經(jīng)錯亂、失去知覺，甚至內(nèi)臟血管破裂而喪命。
　　另一方面，通過研究自然現(xiàn)象產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生機制，可以更深入地認識這些現(xiàn)象的特性和規(guī)律。例如人們利用測定極光產(chǎn)生次聲波的特性來研究極光活動的規(guī)律等。利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小和其他特性，例如通過接收核爆炸、火箭發(fā)射火炮或臺風所產(chǎn)生的次聲波去探測這些次聲源的有關(guān)參量。許多災害性現(xiàn)象如火山噴發(fā)、龍卷風和雷暴等在發(fā)生前可能會輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現(xiàn)象預測災害事件。 次聲波的應用前景很廣闊，大致可分為下列幾個方面： (1)通過研究自然現(xiàn)象產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生機制，更深入地認識這些現(xiàn)象的特性和規(guī)律。例如人們利用測定極光產(chǎn)生次聲波的特性來研究極光恬動的規(guī)律等。
　　(2)利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小和其他特性，例如通過接收核爆炸、火箭發(fā)射火炮或臺風所產(chǎn)生的次聲波去探測這些次聲源的有關(guān)參量。
　　(3)預測自然災害性事件，許多災害性現(xiàn)象如火山噴發(fā)、龍卷風和雷暴等在發(fā)生前可能會輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現(xiàn)象預測災害事件。
　　(4)次聲在大氣中傳播時，很容易受到大氣媒質(zhì)的影響，它與大氣中風和溫度分布等有密切的聯(lián)系。因此可以通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中傳播特性的測定，可以探測某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法的優(yōu)點在于可以對大范圍大氣進行連續(xù)不斷的探測和監(jiān)視。
　　(5)通過測定次聲波與大氣中其他波動的相互作用的結(jié)果，探測這些活動特性。例如在電離層中次聲波的作用使電波傳播受到行進性干擾�？梢酝ㄟ^測定次聲波的特性，更進一步揭示電離層擾動的規(guī)律。同樣，通過測定聲波與重力波或其他波動的作用，可以研究這些波動的活動規(guī)律。
　　(6)人和其他生物不僅能夠?qū)Υ温暜a(chǎn)生某種反應，而且他(它)們的某些器官也會發(fā)出微弱的次聲，因此可以利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應器官的活動情況。
　　(7)次聲波武器即一種由高能放大器驅(qū)動特制揚聲器發(fā)射大功率20赫以下的低頻聲波即次聲波的武器裝置，一般由次聲波發(fā)生器、動力裝置和控制系統(tǒng)組成。 目前研制的次聲波武器主要有兩類：一是神經(jīng)型次聲波武器，它的振蕩頻率同人類大腦的阿爾法節(jié)律（8～12赫）極為相近，產(chǎn)生共振時能強烈刺激大腦，使人神經(jīng)錯亂，癲狂不止；另一類是內(nèi)臟器官型次聲波武器，其振蕩頻率與人體內(nèi)臟器官的固有振蕩頻率相近，可使人的五臟六腑產(chǎn)生強烈共振，破壞人的平衡感和方向感，使人惡心、嘔吐及劇烈不適而失去戰(zhàn)斗力。次聲波還有滲透性強的特點，次聲波炸彈一旦命中目標，轉(zhuǎn)瞬之間，在方圓十幾千米的地面上，所有的人將統(tǒng)統(tǒng)受到傷害。次聲波可穿透15米厚的混凝土和坦克裝甲鋼板，即使人員躲進地鐵、防空洞或坦克、裝甲車輛內(nèi)也不能幸免。次聲波彈和中子彈一樣，只殺傷生物而不摧毀建筑物，但它的殺傷威力卻大大超過中子彈。為預防劫機事件，美國目前研制出一種次聲波槍。這種新型聲波武器可以發(fā)射“聲波子彈”，即集束聲波。威力強大的集束聲波能夠使劫機分子暫時失去行動能力，從而阻止劫機事件的發(fā)生。但這種聲波不會對飛機本身造成絲毫損害。美國新增加的空中警察將配備這種新型聲波槍。

　　3.假定前后2次聲音傳到人的耳朵里，如果兩次聲音到達人耳的先后時間間隔大于0.1秒，人耳就能區(qū)分這兩次聲音，也就是說，兩次聲音傳到人耳的時間間隔不足0.1秒，人耳就只能停到一次聲音。有人做了一個實驗。請一位同學在裝滿水的直鐵管上敲擊一下，是鐵管發(fā)出聲音，其余同學沿鐵管分別在不同位置將耳朵貼近鐵管聽，A說聽到1次響聲,B說聽到2次響聲,C說聽到3次響聲，已知聲音在空氣中的傳播速度是340m/s,在水中的傳播速度是1700m/s,在鋼鐵中的傳播速度是5100m/s，請問A,B,C三位同學的位置到敲擊點的距離各在什么范圍內(nèi)？

　　解:聲音在空氣 水 鐵管中均能傳播,且速度不同,它們分別是340m/s 1500m/s 5200m/s
　　(1)A只聽到一次聲音的是通過空氣傳播而來,設(shè)其距離聲源為S1,則:
　　S1/340m/s -S1/5200m/s<0.1秒 S1/340m/s -S1/1500m/s<0.1秒
　　解得:S1<36.4米
　　(2)B只聽到兩次聲音的是分別通過空氣和水傳播而來,設(shè)其距離聲源為S2,則:
　　S2/340m/s -S2/1500m/s>0.1秒 S2/340m/s -S2/5200m/s<0.1秒
　　解得:44米>S2>36.4米
　　(3)C聽到D三次聲音的是分別通過空氣 水和鐵管傳播而來,設(shè)其距離聲源為S3
　　S3/340m/s -S3/1500m/s>0.1秒 S3/340m/s -S3/5200m/s>0.1秒
　　解得:S3 >44米

　　4.蝴蝶在飛行時不停地扇動翅膀，但我們聽不到蝴蝶飛行的聲音，這是因為（ ）

　　答:因為蝴蝶在飛行時躍然不斷地扇動翅膀,但翅膀每秒振動的次數(shù)小于20,所發(fā)出的聲音的,頻率小于 20赫茲,為次聲波,人耳聽不到次聲波.
　　
 

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