八年级物理上册21《我们怎样听见声音》拓展阅读:北京天坛三大声学奇迹素

2023年12月12日发(作者：大围山滑雪场)

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八年级物理上册21《我们如何听见声音》拓展阅读：北京天坛三高声学奇观素材(新版)粤教沪版

声音的产生与流传

一、北京天坛三高声学奇观

在国都北京市里的东南部，坐落着一个著名中外的天坛公园．那边本来是明清

两代帝王祭天和祷告丰年的祭坛，最先建设于明朝永乐十八年

(1420 年) ．天坛是我

国最壮观、最有特点的古建筑之一．可是，从声学上看，我们最感兴趣的是回音壁、

三音石和圈丘．

天坛第一声学奇观是回音壁．回音壁是一个圆环形的围墙，高约

3．72 m，直径

61-5 m ．在

回音壁内的圆形场所上，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 2.5 m ；同时东西对称地盖着两座房子．人们一进回音壁，常常第

一件事即是与伙伴贴着围墙作远距离的私语．人们讲静静话，一般在

6 m 之外就听

不见．而在回音壁边上讲，流传却要远得多．即便你和伙伴分别在直线距离为 45 m 的甲、乙两处轻声对话，相互还听得清清楚楚，就像伙伴在跟前与你说话一般．

这个声学奇观是如何形成的呢 ?本来语音的波长只有

10～300 cm，比回音壁半径

要小得

多，所以在这类场合下能够以为声波是直线行进的．语音在甲、乙两处之间流传，

一部分以束状沿围墙连续反射行进，全程有

129 m；一部分沿直线直接经过空气传

播，全程才 45 m．因为墙面相当坚硬光洁，对声音的汲取小，是声音的优秀反射体；并且在回音壁的详细条件下，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， 所以声音在流传中衰减很小． 两个人在甲、 乙两处发出轻声细语，经过墙面流传的声波，只管走了 129 m，对方还可以听清楚，就像打电话同样．而直接经过空气流传的声波却衰减很快，只走 6 m就消逝了，根本传不到 45 m外的对方耳朵里．这就是神奇的回音壁的声学原理．

天坛的第二声学奇观是三音石．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即是．游人们一到这里就鼓掌．鼓掌

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一下，能够听到五六次回声．因为三音石正幸亏回音壁内圆心上．鼓掌声沿着四周八方的直径在墙间往返反射．因为围墙为圆形，每次声波从围墙反射回来在圆心汇聚，即是一次回声．不过因为声波在往返反射的过程中渐渐衰减，所以回声一次比一次轻微．五、六次后，回声就轻微到听不出来．

天坛的第三声学奇观是圜丘． 圜字是圆字的古体， 丘字原意是小山、 土堆子．可是，圜丘不是圆形土堆子，而是青石砌成的高台，这里是真实的祭天的祭坛．因为

先人流行着“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， 每层都有台阶能够拾级而登． 每层台的四周都有石栏杆． 最高层离地 5 m 多，半径 15 m．

人们登登台顶，站在圜丘的圆心石上，常常又是喊话，又是拍手，这时听到的

声音特别宏亮． 这又是什么缘由呢 ?本来台顶不是真实水平的， 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；

或许反过来，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，所以回声比原声延缓时间短，致使相混．据测试，从发音到声波再回到圆心的时间，只有零点零七秒．说话者没法分辨它的原音与回音，所以站在圆心石上听起来，声音分外响亮．可是站在圆心之外说话，或许站在圆心之外听起来，就没有这类感觉了．

天坛的声学奇观是我国古代建筑匠师的优秀创建．

二、不一样物质中的声速

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，假如两个地点相隔足够远，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递来的，声波在金属里流传得最快；

第二个响声是自来水管里的水送来的，声波在水中流传得较快；第三个响声是空气送来的，它流传得最远．

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

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14 千米远处，实验员向水下放一个听音器，而后注意察看甲船，看见闪光后立刻记

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概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．在各样要素中， 温度对声速影响最大， 温度每高升 1℃，水中声速大概增大 4．6米/ 秒．一般以为海水中的声速是 1 500 米/ 秒，约是大气中声速的 4． 5 倍．

科学家们还测出了各样液体里的声速．在

20℃时，纯水中的声速是

1 482 ．9

米/ 秒；酒精中的声速是 1 168 米/ 秒；水银中的声速是 l 451 米/ 秒；甘油中的声速是

1 923 米/ 秒．因而可知，声音在液体中流传多数比在大气中流传快很多，这和液体中的分子密切程度相关．

固体中的声速也各不同样，经过频频测定发现，声波在固体顶用纵波和横波两

种形式流传，这两种波的波速也不同样．比如，在不锈钢中，纵波速度是

5 790 米/

秒，横波速度是 3 100 米 / 秒．把不锈钢做成棒状， 棒内的纵波速度是 5 000 米/ 秒．在

金属中，铍是传声的好手，在用铍做的棒内，声波的纵波速度达到

12 890 米/ 秒，

920

是大气声速的 38 倍．聚乙烯塑料传声本事较差，聚乙烯棒中的纵波速度只有

米/ 秒，不及水中声速快．软橡胶富裕弹性，声波流传极慢，只有

30～ 50 米/ 秒．

“跳跃”的声音

声音不只会“爬行”，并且还会“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。据检查，在半径

70 公里范

围

爆 炸 内，人们清清楚楚地听到了“轰隆轰隆”的

声；可是从半径 70 公里到半径 160 公里的范围内， 人们却什么也没有听到； 奇异的是，从半径 160 公里之外向来到半径 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”过中间这片地域呢？物理学家发现，声音有一

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种“怪癖”，它在空气中爱拣温度低、密度大的道路走。当碰到温度高、密度小的空气，声音便会向上拐弯到温度较低的空气中去。假如某一个地域，地面邻近的气温变化比较复杂，这儿温度高，那边温度低，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，就形成了上边所说的那种声音“跳”动的现象。

安徽省合肥市新建的长途电话大楼，楼顶矗立着一座塔钟。这塔钟准时打点，钟声动听，响遍全市。可是住在郊外的居民听到的钟声，有时清楚，有时

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、密度大的道路惹起的。天长地久，社员们得出一条经验：平常听不见或听不清钟声，一旦忽然听得很清楚，就先兆着天要下雨了，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，简单流传声音的缘由。

传说有这样一个风趣的故事：以前有一位住在古寺邻近的老人，他固然不识字，却有辨别天气变化的本事。以后老人快要死了，乡邻们要求他把“展望风雨”的诀要留下，以便此后安排农事。老人赞同了，可是他只说了一句话：“远寺钟声清，不用问天公”。说完便咽气了。当时人们都不理解这句话的意思。跟着科学的发展，人们渐渐懂得了此中的奥密。本来，这位老人已懂得钟声清楚程度跟天气变化的关系了。

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