例題 2 巧測(cè)聲速。
在戶外選擇一個(gè)合適的地點(diǎn),對(duì)面有良好的反射墻面,保證你可以清楚地聽到拍手的回聲。很快而節(jié)奏均勻地拍著雙手(圖 1 - 1 - 2),通過簡(jiǎn)單練習(xí),可以使每一拍與前一拍的回聲重合。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)幫助你測(cè)量 30 s 或 1 min 內(nèi)拍手的次數(shù)。假設(shè)拍手者到墻面的距離是 66 m,30 s 內(nèi)共拍了 75 下。問：
(1) 你們測(cè)定的聲速為多大？
(2) 為什么要使拍手調(diào)到均勻的節(jié)奏來做這個(gè)實(shí)驗(yàn),而不是直接測(cè)量從拍手到聽到回聲這一段時(shí)間？
(3) 如果拍手的聲音響度太小,聽不清楚,是否可以用敲擊皮鼓來代替拍手？
點(diǎn)撥 用“累計(jì)測(cè)量”的方法可以減小測(cè)量誤差,使你能夠更精確地測(cè)量微小的物理量。
答案：(1)
設(shè)拍手一次，聲音傳播到墻面再反射回來被聽到所經(jīng)過的路程為$s = 2×66m = 132m$。
$30s$內(nèi)拍$75$下，即拍一次所用時(shí)間$t=\frac{30}{75}s = 0.4s$，此時(shí)間就是聲音往返一次所用的時(shí)間。
根據(jù)速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得聲速$v=\frac{132}{0.4}m/s = 330m/s$。
(2)
用“累計(jì)測(cè)量”的方法可以減小測(cè)量誤差。因?yàn)橹苯訙y(cè)量一次拍手到聽到回聲的時(shí)間誤差較大，而通過多次拍手累計(jì)測(cè)量，能使測(cè)量結(jié)果更精確。
(3)
不可以。因?yàn)槠す陌l(fā)聲持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，前后聲音會(huì)重疊，無法準(zhǔn)確判斷回聲與后一次敲擊的時(shí)間關(guān)系。
解析：
(1) 聲音傳播一個(gè)來回的距離：$s = 2 × 66\,m = 132\,m$
30秒內(nèi)拍手75下，每?jī)纱闻氖珠g隔數(shù)為$75 - 1 = 74$次，聲音傳播時(shí)間$t = 30\,s$
聲速：$v=\frac{s_{總}(cāng)}{t}=\frac{74×132\,m}{30\,s} = 338.4\,m/s$
(2) 直接測(cè)量單次回聲時(shí)間誤差大，累計(jì)測(cè)量可減小誤差
(3) 可以
聲波具有能量
小明在觀看科普節(jié)目時(shí)發(fā)現(xiàn)：登山運(yùn)動(dòng)員在攀登喜馬拉雅山時(shí),總是默默地前進(jìn)。他覺得十分奇怪：他們途中為什么不說說笑笑,以此來減輕疲憊呢？你能從聲音引起物體振動(dòng)的角度來解釋小明的疑問嗎？
點(diǎn)撥 喜馬拉雅山上終年覆蓋積雪,積雪就像一條棉被蓋在山上一樣,使得積雪底層的熱量散不出去。因此,積雪底層的溫度常常比地表高出 10～20℃,這樣就有一部分冰雪熔化成水,高山積雪層的底部有了水,而且底部的雪所受的壓力最大,就很容易形成雪崩。
人在大聲喧嘩的時(shí)候,會(huì)發(fā)出多種聲音。這些聲音通過空氣傳遞到積雪層,往往會(huì)引起積雪層的振動(dòng),積雪層就可能因振動(dòng)而崩塌下來,形成雪崩,這對(duì)于登山運(yùn)動(dòng)員來說是很危險(xiǎn)的。因此,禁止高聲呼喊就成了登山隊(duì)的一條戒律。由此可見,聲波能夠傳遞能量。
答案：因?yàn)槁暡軅鬟f能量，大聲喧嘩產(chǎn)生的聲音會(huì)引起積雪層振動(dòng)，可能引發(fā)雪崩，故登山運(yùn)動(dòng)員需默默前進(jìn)。
解析：
聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，聲波能夠傳遞能量。人在大聲喧嘩時(shí)發(fā)出的聲音通過空氣傳播到積雪層，會(huì)引起積雪層振動(dòng)。喜馬拉雅山的積雪層底部因熱量和壓力容易形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，積雪層振動(dòng)可能導(dǎo)致崩塌形成雪崩，對(duì)登山運(yùn)動(dòng)員造成危險(xiǎn)，所以登山時(shí)要保持安靜。
1. 通常人們說話的聲音是通過
空氣
傳播的。相傳,著名的德國(guó)音樂家貝多芬失聰后,將硬棒的一端抵在鋼琴蓋板頂上,另一端咬在牙齒中間,仍然可以聽見聲音,說明聲音可以在
固體
中傳播。將要上鉤的魚會(huì)被岸上人的說話聲嚇跑,說明聲音也可以在
液體
中傳播。
答案：空氣
固體
液體
2. “夜半鐘聲到客船”這句詩(shī)中,鐘聲是由于鐘受到木棒撞擊產(chǎn)生
振動(dòng)
而發(fā)出的,客船上的人所聽到的鐘聲是通過
空氣
傳入人耳的。
答案：振動(dòng)
空氣
3. 將一只正在響鈴的鬧鐘放在玻璃罩中,密封后用抽氣機(jī)抽出玻璃罩內(nèi)的空氣,隨著空氣逐漸被抽出,鬧鐘的鈴聲會(huì)
逐漸減小
。由這一現(xiàn)象可以推測(cè),聲音
不能在真空中傳播
。
答案：逐漸減小
不能在真空中傳播
