人從呱呱墜地時(shí)起,就開始利用聲音來表達(dá)自己的情緒和需求。人們?cè)趦?yōu)美的音樂中愉悅身心,從彼此的對(duì)話中獲得信息除了人類,動(dòng)物也能利用聲。例如,大象就可以用人類聽不到的“聲音”進(jìn)行交流(圖2.3-1)。你能舉出其他一些例子嗎?
1.了解聲的有關(guān)知識(shí)和應(yīng)用,知道聲音可以傳遞信息和能量。2.通過學(xué)習(xí)聲在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用,體會(huì)科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的聯(lián)系。
不同的動(dòng)物感受聲波的頻率范圍不同。有些動(dòng)物對(duì)高頻聲波的反應(yīng)很靈敏,有些動(dòng)物則容易感受到低頻聲波。大象就可以發(fā)出次聲波,并通過次聲波互相交流。
大自然的許多活動(dòng),如地震、火山爆發(fā)(圖2.3-2)、臺(tái)風(fēng)、海嘯等,都伴有次聲波產(chǎn)生。一些機(jī)器在工作時(shí),也會(huì)產(chǎn)生人耳聽不到的次聲波。次聲波傳播的距離很遠(yuǎn),發(fā)生地震、臺(tái)風(fēng)、核爆炸時(shí),即使在幾千千米以外,使用靈敏的聲學(xué)儀器也能接收到它們產(chǎn)生的次聲波。處理這些信息,可以確定這些活動(dòng)發(fā)生的方位和強(qiáng)度。
蝙蝠通常只在夜間出來活動(dòng)、覓食,但它們不會(huì)撞到墻壁、樹枝,并且能準(zhǔn)確定位。它們的這些“絕技” 靠的是什么?原來,蝙蝠在飛行時(shí)會(huì)發(fā)出超聲波(圖2.3-3),超聲波碰到墻壁或昆蟲時(shí)會(huì)反射回來,根據(jù)回聲到來的方位和時(shí)間,蝙蝠就可以確定目標(biāo)的位置。
蝙蝠采用的方法叫作回聲定位。現(xiàn)在,利用這個(gè)方法制成的超聲導(dǎo)盲儀可以探測(cè)前進(jìn)道路上的障礙物,以便幫助視障人士出行。有的倒車?yán)走_(dá)也是利用超聲波來定位的(圖 2.3-4)??茖W(xué)家利用這個(gè)方法還發(fā)明了聲吶。利用聲吶系統(tǒng),人們可以探知海洋的深度,繪出水下數(shù)千米處的地形圖,捕魚時(shí)還可以獲得水中魚群的信息。
醫(yī)生利用聽診器捕獲人體內(nèi)的聲音信息來診斷疾病。而借助超聲波,醫(yī)生還可以準(zhǔn)確地獲得人體內(nèi)部臟器的圖像信息。醫(yī)生用 B 型超聲波診斷儀向就診者體內(nèi)發(fā)射超聲波,然后接收體內(nèi)臟器的反射波,反射波攜帶的信息經(jīng)過處理后顯示在屏幕上。這就是常說的“B 超”。在圖 2.3-5 中,醫(yī)生正在用 B 超查看胎兒的發(fā)育情況。中醫(yī)診病通過“望、聞、問、切”四個(gè)途徑,其中“聞”也有聽的意思。 在生產(chǎn)實(shí)踐中,超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用很廣。例如,利用超聲波可以檢測(cè)出鍋爐有沒有裂紋,甚至還可以知道裂紋有多大、多深。
把一塊石頭扔進(jìn)水里,可以看到一圈一圈的波紋向四周散去,水面上的樹葉也隨之起伏。我們說,扔石頭的能量通過水波傳給了樹葉。聲波也是一種波動(dòng),那么聲波能傳遞能量嗎?
聲波傳遞能量的性質(zhì)應(yīng)用在社會(huì)生活的很多方面。例如,超聲波常被用來清洗物體(圖 2.3-7)。把待清洗的物體放在清洗液里,超聲波會(huì)引起液體激烈的振動(dòng),振動(dòng)把物體上的污垢敲擊下來而不會(huì)損壞被清洗的物體。醫(yī)生常利用超聲波振動(dòng)除去人體內(nèi)的某些結(jié)石:向結(jié)石發(fā)射超聲波,結(jié)石會(huì)被擊成細(xì)小的粉末,從而可以順暢地排出體外。
圖2.3-10 國(guó)家大劇院音樂廳
?用超聲測(cè)位儀向海底垂直發(fā)射聲波,經(jīng)過 4 s 后收到回波。若海水中聲音的平均傳播速度為 1 500 m/s,則此處海水約有多深?
解析:由于從發(fā)射聲波到收到回波的時(shí)間為4s, 則聲音傳到海底經(jīng)過的時(shí)間t=2s, 故此處海水深度H = vt = 1500 m/s×2 s=3 000 m。
?請(qǐng)你分析下列事例是利用聲傳遞能量,還是利用聲傳遞信息。(1)利用超聲波給金屬工件探傷(2)醫(yī)生通過聽診器給病人診病(3)通過聲學(xué)儀器接收到的次聲波等信息判斷地震的方位和強(qiáng)度(4)利用超聲波排除人體內(nèi)的結(jié)石。
?除了課本中的事例,請(qǐng)你根據(jù)對(duì)周圍生活的觀察,再舉一個(gè)利用聲音的例子,并說明這個(gè)例子應(yīng)用了聲音的什么性質(zhì)。
聲紋鎖只要主人說出“口令”,門就會(huì)自動(dòng)打開,這主要是依據(jù)音色,聲紋鎖可以根據(jù)主人的指令完成指定操作,說明聲音可以傳遞信息。
?聲音在傳播過程中遇到障礙物會(huì)發(fā)生反射。我國(guó)古代建筑師利用這一特點(diǎn)建造了許多神奇的建筑。例如北京天壇的回音壁、重慶潼南大佛寺的石琴、山西永濟(jì)普救寺的鶯鶯塔(圖2.3-11)等。請(qǐng)你查閱資料,向同學(xué)們介紹并展示我國(guó)古代建筑應(yīng)用聲學(xué)知識(shí)的實(shí)例。
提示:古戲臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到了聲學(xué)效果,古人通過建筑材料、結(jié)構(gòu)和形制的巧妙設(shè)計(jì)來助聲,使得演員的聲音能夠在戲臺(tái)上得到加強(qiáng)和擴(kuò)散,從而達(dá)到更好的聽覺效果。
?我國(guó)有些地方修筑了“音樂公路”。當(dāng)汽車以一定速度勻速行駛時(shí),就會(huì)奏出一段悅耳的樂曲。音樂公路的路面上分布著許多橫向凹槽,如圖2.3-12 所示。汽車每經(jīng)過一個(gè)凹槽,就會(huì)上下振動(dòng)一次。路面上凹槽的分布比較密,汽車行進(jìn)時(shí)振動(dòng)很快,于是就發(fā)出了聲音。凹槽的疏密可以根據(jù)樂曲的音調(diào)高低來設(shè)計(jì),假設(shè)某音樂公路規(guī)定的行駛速度是 54 km/h,設(shè)定樂曲為《歌唱祖國(guó)》,第一個(gè)音符“sl”的頻率為392 Hz,汽車發(fā)出這個(gè)音時(shí),所對(duì)應(yīng)的相鄰凹槽之間的距離是多少?

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第3節(jié) 聲的利用

版本: 人教版(2024)

年級(jí): 八年級(jí)上冊(cè)(2024)

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