2023年12月12日发(作者:大围山滑雪场)
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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