八年級(jí)物理上冊(cè)2.1《我們?cè)鯓勇犚娐曇簟吠卣归喿x：北京天壇三大聲學(xué)奇跡素材(新版)粵教滬版

1、聲音的產(chǎn)生與傳播一、北京天壇三大聲學(xué)奇跡在首都北京市區(qū)的東南部， 坐落著一個(gè)馳名中外的天壇公園 那里本來是明清兩代帝王 祭天和祈禱豐年的祭壇，最初建設(shè)于明代永樂十八年（1420年）天壇是我國(guó)最壯觀、最有 特色的古建筑之一不過，從聲學(xué)上看，我們最感興趣的是回音壁、三音石和圈丘天壇第一聲學(xué)奇跡是回音壁.回音壁是一個(gè)圓環(huán)形的圍墻，高約3.72 m直徑61-5 m在回音壁內(nèi)的圓形場(chǎng)地上， 偏北有一座圓形的建筑物口曠皇穹宇”， 它與回音壁內(nèi)壁間的最短 距離是2.5 m；同時(shí)東西對(duì)稱地蓋著兩座房屋人們一進(jìn)回音壁，往往第一件事便是與同伴 貼著圍墻作遠(yuǎn)距離的耳語人們講悄悄話，一般在6m以外就聽不見而在回音壁邊

2、上講，傳播卻要遠(yuǎn)得多即使你和同伴分別在直線距離為45 m的甲、乙兩處輕聲對(duì)話，彼此還聽得清清楚楚，就像同伴在跟前與你說話一般這個(gè)聲學(xué)奇跡是怎樣形成的呢？原來語音的波長(zhǎng)只有10300 cm比回音壁半徑要小得 多，因此在這種場(chǎng)合下可以認(rèn)為聲波是直線前進(jìn)的.語音在甲、乙兩處之間傳播，一部分以束狀沿圍墻連續(xù)反射前進(jìn)， 全程有129 m一部分沿直線直接通過空氣傳播，全程才45 m因?yàn)閴γ嫦喈?dāng)堅(jiān)硬光潔， 對(duì)聲音的吸收小， 是聲音的優(yōu)良反射體； 而且在回音壁的具體條件下， 聲波沿墻面連續(xù)反射都是全反射， 沒有穿人墻體內(nèi)部發(fā)生折射的部分， 所以聲音在傳播中衰 減很小兩個(gè)人在甲、乙兩處發(fā)出輕聲細(xì)語，通過墻面?zhèn)鞑?/p>

3、的聲波，盡管走了129 m對(duì)方還能聽清楚，就像打電話一樣.而直接經(jīng)過空氣傳播的聲波卻衰減很快，只走6 m就消失了，根本傳不到45 m外的對(duì)方耳朵里.這就是神秘的回音壁的聲學(xué)原理.天壇的第二聲學(xué)奇跡是三音石. 它在從皇穹字通往圍墻門口的一條白石鋪成的路上， 從 皇穹宇臺(tái)階沿這條路數(shù)到第三塊石頭便是. 游人們一到這里就鼓掌. 鼓掌一下， 可以聽到五 六次回聲.因?yàn)槿羰迷诨匾舯趦?nèi)圓心上.鼓掌聲沿著四面八方的直徑在墻間來回反 射.因?yàn)閲鷫閳A形，每次聲波從圍墻反射回來在圓心會(huì)聚，便是一次回聲.只是由于聲波在來回反射的過程中逐漸衰減， 因此回聲一次比一次微弱.五、六次后， 回聲就微弱到聽不 出來.

4、天壇的第三聲學(xué)奇跡是圜丘.圜字是圓字的古體，丘字原意是小山、土堆子.不過，圜 丘不是圓形土堆子，而是青石砌成的高臺(tái)， 這里是真正的祭天的祭壇. 因?yàn)楣湃肆餍兄疤?圓地方”的不正確說法，所以圈丘砌成圓的，它外面的圍墻筑成方的.圜丘是三層的石臺(tái)，每層都有臺(tái)階可以拾級(jí)而登每層臺(tái)的周圍都有石欄桿最高層離地5 m多，半徑15 m2人們登上臺(tái)頂， 站在圜丘的圓心石上，往往又是喊話，又是拍手， 這時(shí)聽到的聲音特別 洪亮這又是什么緣故呢?原來臺(tái)頂不是真正水平的，而是從中央往四周坡下去人們站在 臺(tái)中央喊話，聲波從欄桿上反射到臺(tái)面， 再從臺(tái)面反射回耳邊來； 或者反過來，聲波從臺(tái)面 反射到欄桿上， 再從欄桿反射回

5、耳邊來 又因?yàn)猷髑鸬陌霃捷^短， 所以回聲比原聲延遲時(shí)間 短，以致相混據(jù)測(cè)驗(yàn)，從發(fā)音到聲波再回到圓心的時(shí)間，只有零點(diǎn)零七秒說話者無法分 辨它的原音與回音， 所以站在圓心石上聽起來，聲音格外響亮但是站在圓心以外說話，或 者站在圓心以外聽起來，就沒有這種感覺了天壇的聲學(xué)奇跡是我國(guó)古代建筑匠師的卓越創(chuàng)造二、不同物質(zhì)中的聲速 一個(gè)同學(xué)在自來水質(zhì)中的聲速管上敲一下，另一個(gè)同學(xué)靠在遠(yuǎn)處的自來水管上昕，如果 兩個(gè)位置相隔足夠遠(yuǎn)，他會(huì)聽到三響。一敲三響的道理很簡(jiǎn)單： 第一個(gè)響聲是自來水管子傳送來的， 聲波在金屬里傳播得最快； 第二個(gè)響聲是自來水管里的水送來的，聲波在水中傳播得較快；第三個(gè)響聲是空氣送來的， 它傳

6、播得最遠(yuǎn)第一次測(cè)定聲波在水中的速度，是1827年在瑞士的日內(nèi)瓦湖進(jìn)行的：用兩只船，在甲 船上， 實(shí)驗(yàn)員先向水里放下一口鐘， 敲鐘的同時(shí)， 點(diǎn)燃船上的火藥乙船停在14千米遠(yuǎn)處， 實(shí)驗(yàn)員向水下放一個(gè)聽音器，然后注意觀察甲船， 看見閃光后馬上記時(shí)間， 測(cè)出幾秒鐘后才 能聽到鐘聲實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，聲波在水中的速度大約是空氣中聲速的四倍多（1450米/秒） 聲速也受溫度影響 海水里含有鹽類等多種礦物質(zhì)， 含鹽等礦物質(zhì)的多少也對(duì)聲速有影響.在各種因素中，溫度對(duì)聲速影響最大，溫度每升高1C,水中聲速大約增大4.6米/秒.一 般認(rèn)為海水中的聲速是1 500米/秒，約是大氣中聲速的45倍科學(xué)家們還測(cè)出了各種液體里的

7、聲速.在20C時(shí)，純水中的聲速是1 482.9米/秒；酒精中的聲速是1 168米/秒；水銀中的聲速是l 451米/秒；甘油中的聲速是1 923米/秒由 此可見，聲音在液體中傳播大都比在大氣中傳播快許多，這和液體中的分子緊密程度有關(guān)固體中的聲速也各不相同， 經(jīng)過反復(fù)測(cè)定發(fā)現(xiàn)， 聲波在固體中用縱波和橫波兩種形式傳 播，這兩種波的波速也不相同例如，在不銹鋼中，縱波速度是5 790米/秒，橫波速度是3 100米/秒把不銹鋼做成棒狀，棒內(nèi)的縱波速度是5 000米/秒在金屬中，鈹是傳聲的能手，在用鈹做的棒內(nèi)，聲波的縱波速度達(dá)到12 890米/秒，是大氣聲速的38倍聚乙烯 塑料傳聲本領(lǐng)較差，聚乙烯棒中的縱波

8、速度只有920米/秒，不及水中聲速快軟橡膠富有彈性，聲波傳播極慢，只有3050米/秒.“跳躍”的聲音聲音不但會(huì)“爬行”， 而且還會(huì)“跳躍”呢！1921年5月9日，蘇聯(lián)的莫斯科近郊發(fā)生了一次大爆炸。據(jù)調(diào)查，在半徑70公里范圍內(nèi)，人們清清楚楚地聽到了“轟隆轟隆”的爆炸聲；但是從半徑70公里到半徑160公里的范圍內(nèi)，人們 卻什么也沒有聽到； 奇怪的是，從半徑160公里以外一直到半徑300公里的遠(yuǎn)方，人們又聽 到了爆炸的轟鳴聲。這真是怪事！聲音怎么會(huì)“跳”過中間這片地區(qū)呢？物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，聲音有一種“怪 癖”，它在空氣中愛揀溫度低、密度大的道路走。當(dāng)遇到溫度高、密度小的空氣，聲音便會(huì) 向上拐彎到溫度較低

9、的空氣中去。如果某一個(gè)地區(qū)，地面附近的氣溫變化比較復(fù)雜，這兒溫度高，那兒溫度低，聲音經(jīng)過的時(shí)候，一會(huì)兒拐到高空，一會(huì)兒又往下拐，這樣上上下下， 就形成了上面所說的那種聲音“跳”動(dòng)的現(xiàn)象。安徽省合肥市新建的長(zhǎng)途電話大樓，樓頂聳立著一座塔鐘。 這塔鐘準(zhǔn)時(shí)打點(diǎn)，鐘聲悅耳，響遍全市。但是住在遠(yuǎn)郊的居民聽到的鐘聲，有時(shí)候清晰，有時(shí)候模糊，有時(shí)正點(diǎn)，有時(shí)“遲到”。這是塔鐘的失誤嗎？不是， 這也是聲音的“怪癖”一一愛走氣溫低、密度大的道路引起的。天長(zhǎng)日久，社員們得出一條經(jīng)驗(yàn)：平日聽不見或聽不清鐘聲，一旦突然聽得很清楚，就預(yù)兆著天要下雨了，或正在下雨呢！這是因?yàn)檫@時(shí)空氣濕度大，濕空氣比干空氣的密度大，容易傳播聲音的緣故。傳說有這樣一個(gè)有趣的故事：從前有一位住在古寺附近的老人，他雖然不識(shí)字，卻有識(shí)別天