科学探究：声音的产生与传播
参考资料
1、几则声现象的实例
（1）能辨别声音的信用卡。
据美国贝尔通信研究公司宣布：该公司科学家发明的信用卡只对它们主人的声音作出反应。贝尔通信研究公司的研究人员说，这种信用卡的主人可把这种信用卡放进银行的一台出纳机器里（这台出纳机器里装有一个微型话筒），然后说一个口令。这套系统还能同电话呼叫卡、用户信用卡和使用片卡锁的屋门一齐使用。
这种系统利用了这样的前提：世界上没有两个人的声音是完全一样的。它能把某人说的词句同以数字方式储存在信用卡上的话音模式进行比较。
有关噪音污染事故的两则报道。
(1)安庆市发生一起强噪声污染事故。1988年12月24日至29日，安徽省安庆市石油化工总厂热电厂“油改煤”工程在实行对新建3号炉点火冲管时，发生了累计长达34小时的强烈噪声，给周围的工厂、学校和居民区造成严重污染。
当地环境监测部门在距热电厂100-500m处测定，这次噪声高达90dB以上，最高达100dB。这期间，附近的第五中学和一所小学被迫停课三天，当地群众纷纷向市政府及新闻单位反映，正常生活受严重影响，“仿佛世界一切都在颤动”。
(2)噪声影响海洋生物。美国迈阿密大学的海洋生物学家阿瑟??迈尔伯格在该校发表的一份报告中说，水下声音污染正在使鱼类、海洋哺乳动物甚至一些无脊椎动物变聋。由于生活在海洋中的动物完全靠听力进行相互联系，水中噪声会影响它们的正常行动。另外噪声还会影响鱼类或其它海洋动物，如海豹的发育和生育。
2、弦乐器的振动频率是由什么决定的？
理论和实践都证明，弦的振动频率与弦的长短、粗细、密度以及张紧程度有关。弦越短、越细、绷得越紧、密度越小，振动频率就越高，发出的声音的音调就越高。反之，弦越长、越粗、拉得越松、密度越大，振动频率就越低，发出的声音的音调就越低。
例如，当弦乐器的演奏者要提高其乐器的音调时，就可以缩短弦的振动部分的长度。在其他因素不改变的条件下，弦的频率与它的长度成反比，即：f1/f2=l2/l1,式中f1、f2是对应于长度l1、l2时的频率。
在钢琴、胡琴、提琴、吉他等乐器中，可以看到许多根粗细不同的弦。其中直径越细的弦，产生的 频率就越高。在其他因素不变的情况下，弦的 频率与它的直径成反比，即f1/f2=d2/d1式中 f1。f2是对应于直径d1 。d2 时的 频率。
在拉胡琴时，还常常通过调整弦被拉紧的程度来调整其音调。在其他条件不变的情况下，弦的频率跟作用在弦上的张力的平方成正比。此外，弦的频率还与弦的密度有关。例如，小提琴上的第四根弦采用密度较大的细钢丝，目的是用它来产生低频的声音。在其他因素不变的条件下，弦的频率与它的平方根成反比。
以上四条规律称为弦的振动定律。
3．用书卷成筒，对着筒讲话，声音为什么会传得远些？ A 声音在空气中传播，是以声源为中心，向四面八方传播的，其传播的能量分布在球面上，如图3－3所示，假设声源在单位时间内发出的能
B 量是一定的，则离声源较远的B球面上接受的声能，就比A面上的各点少。
设声源单位时间内发出的声能是E，球面半径为r，则球面单位面积所接
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受的声能I为I＝E/(4πr),可见I与距离的平方成反比。
我们把单位时间内通过垂直于波速传播方向上的单位面积上的能量，
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叫做声强.由此可见，离声源越远，由于声能分布的面积较大，因而 声强越小，听到的声音就越弱。
如果用书卷成小筒，对着话筒讲话，这时声音的能量就集中向某一方 向传播，这样，即使离声源较远，声强也仍然较大，所以就能把声音传
得远些。高音喇叭加了一个号筒，医生用的听诊器等都是根据这个原理制成的。 4、教材中的重要知识与技能的拓展 (1) 鸣虫的发声
昆虫只有雄的能鸣叫。秋虫美妙的鸣叫声 , 就是雄虫前翅的两片薄薄的翅膀相互摩擦发出的 , 教材图 3-6 是正在鸣叫的蟋蟀。
(2) 天坛回音壁的奥秘
天坛的回音壁是一个圆的墙壁 , 直径有 65m 之多 , 当人对着墙壁说话时 , 即使声音很轻 , 但在墙根的任何位置 , 都能昕得清清楚楚。回音壁利用了声音的反射原理 , 当对着墙壁 说话时 , 墙壁的反射作用使声音贴着墙壁传播 , 隔不多远又碰到圆形的墙壁 , 声波在光滑、坚 硬的墙壁上多次反射 , 损失很小 , 所以可以传得很远。
天坛中的三音石恰好在回音壁的圆心 , 回音壁高 6m, 比人高得多。站在三音石上拍手 ,声波向着墙壁传播 , 到达墙壁被墙壁反射回来 , 重叠在一起 , 构成很强的回声。从拍手到听 到回声 , 声波来回要走两个半径的长度。因为声速大约是 331.4m/s, 所以大约经过 0.2s 听 到第一个回声。这个回声继续向墙壁上传播 , 再次从墙壁上反射 , 依次类推 , 构成第二次、第 三次回声 , 回声之间的时间间隔大约也是 0.2s 。因为墙壁反射性能好 , 墙壁又相当圆 , 使回 声聚集得很好 , 所以第三次回声仍然相当强 , 可以听得见 , 三音石的名字就是这样得来的。若是站在别的地方 , 不在回音壁的圆心 , 回声不聚集在一起 , 比在三音石上听到的声音要轻 , 而且是连在一起的 , 这就没有什么意思了。
天坛中的圆丘是一个汉白玉砌成的圆形平台 , 台的中央比四周稍微高一点 , 有柱子环 绕。平台高出地面 5m, 直径为 22.8m, 四周地势很开阔。因为平台是圆的 , 从圆心发出的声 音同时被平台反射回来 , 在平台的中心互相叠加 , 所以能够形成震耳的回声。
(3) 人的发声器官
声带位于喉部 , 是附着在内壁上的肌肉组织 , 成瓣状。声带当中的开口是声门。声带能变形 , 也会适当地运动。人在呼吸时 , 将声带松开 , 使空气自由进入肺部 ; 发音时 , 控制喉部软骨、肌肉运动的系统使声带合拢。当空气从肺部呼出时 , 压力使声带振动。
(4) 鱼能不能听见声音。
经验证明鱼有听觉 , 垂钓者不喜欢有人在旁边讲话或走动 , 说话声和走路的振动会惊动鱼。研究也表明 : 鱼有内耳 , 藏在头部两侧的骨头里 , 从外面看不到。内耳具有接收声波和平衡身体的功能。对于鲤鱼类 , 鱼镖也是听觉的辅助器官。一般鱼的听觉范围只有 340-690Hz， 鲫鱼可以感受较高频率的声波 , 所以鲫鱼在水中反映比较灵敏。
5、教材中图片介绍
图 3-1 至图 3-4, 把我们从大自然造就的声音世界带入到美妙的音乐世界 , 让我们感受 到声音世界中的美妙与和谐。然而 , 人为的不和谐声音又常常掺杂在声音的世界中。
图 3-6 是表示蟋蟀振动翅膀发声时的照片。
图 3-7 是表示扬声器发声时 , 放在它上面的轻小物体产生跳动的图片。说明播放声音 的扬声器在振动。
图 3-8 中的水花是发声的音叉叉股振动所引起的 , 它反映了发出声音的物体在振动。
图 3-9所列的一些乐器 , 是让学生在学习了 “ 声音是由物体振动产生的 ”之后 ,
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能扩展对一些常见乐器发声部位的了解。希望能组织学生通过演奏 , 进行观察体验。
图 3-10 是探究声音传播的实验装置。
图 3-11 告诉我们 , 水中的小鱼能听到鱼缸外面的声音 , 说明声音能通过液体传播。
图 3-12 告诉我们手指轻叩桌子一端产生的轻微的“笃、笃?? ”声可以通过桌子传播到桌子另一端人的耳朵里。说明声音可以通过固体传播。
图 3-13 是人耳构造的示意图 , 教师或学生可以参考生物或医学知识 , 更多的了解其各个部位的功能。
图 3-16 告诉我们在太空舱内的宇航员交谈时与我们在地面上相同 , 不需要借助通信设备。这说明 , 太空舱内有空气。而在太空舱外 , 因为没有空气 , 宇航员交谈需要通信设备。
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