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八年级物理上册2.4让声音为人类服务拓展材料:北京天坛三大声学奇迹素材新版粤教沪版

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声音的产生与传播备课资料一、北京天坛三大声学奇迹在首都北京市区的东南部,坐落着一个驰名中外的天坛公园.那里本来是明清两代帝王祭天和祈祷丰年的祭坛,最初建设于明代永乐十八年(1420年).天坛是我国最壮观、最有特色的古建筑之一.不过,从声学上看,我们最感兴趣的是回音壁、三音石和圈丘.天坛第一声学奇迹是回音壁.回音壁是一个圆环形的围墙,高约3.72m,直径61-5m.在回音壁内的圆形场地上,偏北有一座圆形的建筑物口旷皇穹宇”,它与回音壁内壁间的最短距离是2.5m;同时东西对称地盖着两座房屋.人们一进回音壁,往往第一件事便是与同伴贴着围墙作远距离的耳语.人们讲悄悄话,一般在6m以外就听不见.而在回音壁边上讲,传播却要远得多.即使你和同伴分别在直线距离为45m的甲、乙两处轻声对话,彼此还听得清清楚楚,就像同伴在跟前与你说话一般.这个声学奇迹是怎样形成的呢?原来语音的波长只有10~300cm,比回音壁半径要小得多,因此在这种场合下可以认为声波是直线前进的.语音在甲、乙两处之间传播,一部分以束状沿围墙连续反射前进,全程有129m;一部分沿直线直接通过空气传播,全程才45m.因为墙面相当坚硬光洁,对声音的吸收小,是声音的优良反射体;而且在回音壁的具体条件下,声波沿墙面连续反射都是全反射,没有穿人墙体内部发生折射的部分,所以声音在传播中衰减很小.两个人在甲、乙两处发出轻声细语,通过墙面传播的声波,尽管走了129m,对方还能听清楚,就像打电话一样.而直接经过空气传播的声波却衰减很快,只走6m就消失了,根本传不到45m外的对方耳朵里.这就是神秘的回音壁的声学原理.天坛的第二声学奇迹是三音石.它在从皇穹字通往围墙门口的一条白石铺成的路上,从皇穹宇台阶沿这条路数到第三块石头便是.游人们一到这里就鼓掌.鼓掌一下,可以听到五六次回声.因为三音石正好在回音壁内圆心上.鼓掌声沿着四面八方的直径在墙间来回反射.因为围墙为圆形,每次声波从围墙反射回来在圆心会聚,便是一次回声.只是由于声波在来回反射的过程中逐渐衰减,因此回声一次比一次微弱.五、六次后,回声就微弱到听不出来.4\n天坛的第三声学奇迹是圜丘.圜字是圆字的古体,丘字原意是小山、土堆子.不过,圜丘不是圆形土堆子,而是青石砌成的高台,这里是真正的祭天的祭坛.因为古人流行着“天圆地方”的不正确说法,所以圈丘砌成圆的,它外面的围墙筑成方的.圜丘是三层的石台,每层都有台阶可以拾级而登.每层台的周围都有石栏杆.最高层离地5m多,半径15m.人们登上台顶,站在圜丘的圆心石上,往往又是喊话,又是拍手,这时听到的声音特别洪亮.这又是什么缘故呢?原来台顶不是真正水平的,而是从中央往四周坡下去.人们站在台中央喊话,声波从栏杆上反射到台面,再从台面反射回耳边来;或者反过来,声波从台面反射到栏杆上,再从栏杆反射回耳边来.又因为圜丘的半径较短,所以回声比原声延迟时间短,以致相混.据测验,从发音到声波再回到圆心的时间,只有零点零七秒.说话者无法分辨它的原音与回音,所以站在圆心石上听起来,声音格外响亮.但是站在圆心以外说话,或者站在圆心以外听起来,就没有这种感觉了.天坛的声学奇迹是我国古代建筑匠师的卓越创造.二、不同物质中的声速一个同学在自来水质中的声速管上敲一下,另一个同学靠在远处的自来水管上昕,如果两个位置相隔足够远,他会听到三响。一敲三响的道理很简单:第一个响声是自来水管子传送来的,声波在金属里传播得最快;第二个响声是自来水管里的水送来的,声波在水中传播得较快;第三个响声是空气送来的,它传播得最远.第一次测定声波在水中的速度,是1827年在瑞士的日内瓦湖进行的:用两只船,在甲船上,实验员先向水里放下一口钟,敲钟的同时,点燃船上的火药.乙船停在14千米远处,实验员向水下放一个听音器,然后注意观察甲船,看见闪光后马上记时间,测出几秒钟后才能听到钟声.实验的结果是,声波在水中的速度大约是空气中声速的四倍多(1450米/秒).声速也受温度影响.海水里含有盐类等多种矿物质,含盐等矿物质的多少也对声速有影响.在各种因素中,温度对声速影响最大,温度每升高1℃,水中声速大约增大4.6米/秒.一般认为海水中的声速是1500米/秒,约是大气中声速的4.5倍.科学家们还测出了各种液体里的声速.在20℃时,纯水中的声速是1482.9米/秒;酒精中的声速是1168米/秒;水银中的声速是l451米/秒;甘油中的声速是1923米/秒.由此可见,声音在液体中传播大都比在大气中传播快许多,这和液体中的分子紧密程度有关.固体中的声速也各不相同,经过反复测定发现,声波在固体中用纵波和横波两种形式传播,这两种波的波速也不相同.例如,在不锈钢中,纵波速度是5790米/秒,横波速度是34\n100米/秒.把不锈钢做成棒状,棒内的纵波速度是5000米/秒.在金属中,铍是传声的能手,在用铍做的棒内,声波的纵波速度达到12890米/秒,是大气声速的38倍.聚乙烯塑料传声本领较差,聚乙烯棒中的纵波速度只有920米/秒,不及水中声速快.软橡胶富有弹性,声波传播极慢,只有30~50米/秒.“跳跃”的声音声音不但会“爬行”,而且还会“跳跃”呢!1921年5月9日,苏联的莫斯科近郊发生了一次大爆炸。据调查,在半径70公里范围内,人们清清楚楚地听到了“轰隆轰隆”的爆炸声;但是从半径70公里到半径160公里的范围内,人们却什么也没有听到;奇怪的是,从半径160公里以外一直到半径300公里的远方,人们又听到了爆炸的轰鸣声。这真是怪事!声音怎么会“跳”过中间这片地区呢?物理学家发现,声音有一种“怪癖”,它在空气中爱拣温度低、密度大的道路走。当遇到温度高、密度小的空气,声音便会向上拐弯到温度较低的空气中去。如果某一个地区,地面附近的气温变化比较复杂,这儿温度高,那儿温度低,声音经过的时候,一会儿拐到高空,一会儿又往下拐,这样上上下下,就形成了上面所说的那种声音“跳”动的现象。安徽省合肥市新建的长途电话大楼,楼顶耸立着一座塔钟。这塔钟准时打点,钟声悦耳,响遍全市。但是住在远郊的居民听到的钟声,有时候清晰,有时候模糊,有时正点,有时“迟到”。这是塔钟的失误吗?不是,这也是声音的“怪癖”──爱走气温低、密度大的道路引起的。天长日久,社员们得出一条经验:平日听不见或听不清钟声,一旦突然听得很清楚,就预兆着天要下雨了,或正在下雨呢!这是因为这时空气湿度大,湿空气比干空气的密度大,容易传播声音的缘故。传说有这样一个有趣的故事:从前有一位住在古寺附近的老人,他虽然不识字,却有识别天气变化的本领。后来老人快要死了,乡邻们要求他把“预测风雨”的秘诀留下,以便今后安排农事。老人同意了,但是他只说了一句话:“远寺钟声清,不用问天公”。说完便咽气了。当时人们都不明白这句话的意思。随着科学的发展,人们逐渐懂得了其中的秘密。原来,这位老人已懂得钟声清晰程度跟天气变化的关系了。4\n4

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所属: 初中 | 物理
发布时间:2022-08-25 13:12:53 页数:4
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