第一章 声现象16 1.我们知道声是由振动的物体发出的。但有的时候，比如敲桌子时，我们能听 到声音，却看不见桌子的振动。你能想办法证明桌子发声时也在振动吗？ 2.北京到上海的距离约为1 000 km。假设声音在空气中能够传得这么远，那么 从北京传到上海需要多长时间？火车从北京到上海需要多长时间？大型喷气式客 机呢？自己查找所需的数据，进行估算。 3.将耳朵贴在长铁管的一端, 让另外一个人敲一下铁管的另一端, 你会听到几 个敲打的声音? 亲自试一试，并说出其中的道理。 4.声音遇到障碍物能向相反方向传播。一个同学向一口枯井的井底大喊一声， 经过1.5 s听到回声，那么这口枯井的深度大约是多少米？ （声速按340 m/s计算） 5. 声音在不同物质中传播的速度大小不同。根据小资料知道：多数情况下，声 音在气体中的速度比在液体中 ，在固体中的速度比在液体中 ，声音在空气 中传播的速度受 影响。 ? 全班同学分成若干小组，每组想出一个测量声速的方法，并实际 测量。通过评估看看哪个组的方法更合适，测得的声速更接近当时的 真实值。 二 我们怎样听到声音 人耳的构造 人靠耳朵听声音，那么耳朵通过什么途径感知声音呢？ 生物课上大家已经知道人们感知声音的基本过程，即外界传来的声音引 起鼓膜振动，这种振动经过听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信 号传给大脑，这样人就听到了声音 （图1.2-1） 。 第一章 声现象18 图1.2-4 立体声收音机上 的 STEREO-MONO开关 双耳效应 眼睛常用来确定发声物体的位置，但如果 你将双眼蒙上，也能大致确定发声体的方位， 这是为什么？这是因为人有两只耳朵，而不是 一只。声源到两只耳朵的距离一般不同，声音 传到两只耳朵的时刻、强弱及其他特征也就不 同。这些差异就是判断声源方向的重要基础。 这就是双耳效应。 正是由于双耳效应，人们可以准确地判 断声音传来的方位，所以说，我们听到的声 音是立体的。 但是如果只用一个话筒将舞台上的声音放大后播放出来， 我们听到的就不再是立体的声音。要想重现舞台上的立体声，使我们 有身临其境的感觉，可以把两只话筒放在左右不同的位置 （相当于人 的两只耳朵） ，用两条线路分别放大两路声音信号，然后通过左右两个 扬声器播放出来。这样，我们就会感到不同的声音是从不同的位置传 来的，这就是常说的双声道立体声 （图1.2-3） 。 如果想得到更好的立体声音的效果，可以在声源的四周多放几只 话筒，在听众的四周对应地多放几只扬声器，这样听众就会感到声音 来自四面八方，立体效果就更好。 1.许多立体声收音机有“STEREO-MONO”开 关 （图1.2-4） 。 开关处于STEREO位置时放出的声音 和电台播出的一样，是立体声；而处于MONO位置 时收音机把两个声道的信号合成一个声道，没有立 体声的效果。 图 1.2-3 立体声 第一章 声现象24 1.如果你家中有乐器，观察一下它是怎样发 出声音的，又是怎样改变音调和响度的。 2.制作音调可变的哨子。 在筷子上捆一些棉花 （或碎布） ，做一个活 塞。用水蘸湿棉花后插入两端开口的塑料管 或竹管中。 用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的 哨音。上下推拉“活塞”，音调就会改变 （图 1.3-7） 。你能练着用它吹出一首歌吗？ 3.某种昆虫靠翅的振动发声。如果这种昆 虫的翅在2 s内做了700次振动，频率是多少？ 人类能听到吗？ 4.小小音乐会。 每人制作一件小乐器，在班里举行的小型音乐会上用自己制作的乐器进行演奏。看 谁的乐器有新意，谁演奏得好。 柱振动发声。抬起不同的手指，就会改变空气柱的长度，从而改变音 调。长的空气柱产生低音，短的空气柱产生高音。各种号也是常见的 管乐器。 图 1.3-7 音调可变的哨子 图 1.3-8 水瓶琴 8 个相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲击它们，就可以发出“1,2,3,4,5,6,7,1”的声音来！ 第一章 声现象28 图 1.5-1 蝙蝠靠超声波探 测飞行中的障碍和发现昆虫图 1.5-3 利用声呐探测鱼群图1.5-2 利用声呐探测海深 1.调查一下校园里或者你家周围有什么样的噪声。应该采取什么控制措施？与班里的同 学交流，看看谁的调查更详细，采取的措施更好。 2.在工厂里，噪声主要来源于 ； 在公路上，噪声主要来源于 。 3.为了使教室内的学生上课免受周围环境噪声干扰，采取下面的哪些方法是有效、合理 的？ A.老师讲话声音大一些。 B.每个学生都戴一个防噪声耳罩。 C.在教室周围植树。 D.教室内安装噪声监测装置。 4.在安静环境里，测量你的脉搏在1 min里跳动的次数。在声音过大的环境里，你的 脉搏有变化吗？测量一下！ 五 声的利用 声与信息 远处隆隆的雷声预示着一场可能的大雨；铁路工人用铁锤敲击钢轨，会从 异常的声音中发现松动的螺栓；医生通过听诊器可以了解病人心、肺的工作状 况；古代雾中航行的水手通过号角的回声能够判断悬崖的距离。这些都是声传 递信息的例子。实际上，通过声所能获得的信息远不止这些。 min也是时间的单位，读做分。 第一章 声现象30 波，结石会被击成细小的粉末，从而可以顺畅地排出体外。 1.买瓷碗时，人们常会敲一敲碗，通过声音来判断瓷碗是否破损。这个方法应用了声音 的什么特征？ 2.用超声测位仪向海底垂直发射声波，经过4 s后收到回波。此处海底有多深？ 3.学过声现象这一章后，请结合学过的知识，再加上你丰富的想像，写一篇“无声的世 界”或类似题目的科学作文。 不是老天爷显灵 是建筑师的杰作 驰名中外的北京天坛，是明清两代皇帝祈谷、祈雨、祈天的地方，其 中的回音壁、三音石、圜丘三处建筑有非常美妙的声音现象，反映出我国 古代高水平的建筑声学。 圜丘在天坛公园的南部，始建于明嘉靖九年 （公元1530年） ，是座分成 三层的圆形平台， 每层周边都有汉白玉栏杆， 每个栏杆和栏板都有精雕细 天坛的回音壁。人站在圆形围墙内附近说话， 声音经过多次反射，可以在围墙的任何位置听到。 天坛的圜丘。人站在中央台 上说话，会感到声音特别洪亮。 第二章 光现象38 回答以下问题 1. “光年” 是什么物理量的单位？ 2.牛郎星和织女星的距离是多少千米？ 3. 为什么在形容一个数字很大、 很大的时候， 常说这是个 “天文数字” ？ 1.一次闪电发生后经过4 s听到雷声，雷声发生在多远的地方？ 2. “井底之蛙”（图2.1-8） 这个成语大家都很熟悉吧？你能解释为什么“坐井观天，所 见甚小”吗？你能根据光的直线传播原理画图来说明吗？ 3.请你用光的直线传播知识解释影子是怎样形成的。 光反射的规律 光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射 （reflection） 。 图 2.1-8 4.举出一些例子，说明光的直线传播在生活中应用的例子。 二 光的反射 图 2.1-9 手影 39 第二章 光现象 探究 图2.2-2 我们能够看见不发光的物体， 是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 图 2.2-1 红色激光束的反射 角i 角r 提出问题 设计实验和 进行实验 光反射时的规律 光在反射时遵循什么规律？也就是说，反射光沿什么 方向射出？ 把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直 地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图2.2-3 所示。 一束光贴着纸板沿某一个角度射到 O 点，经平面镜的 反射，沿另一个方向射出，在纸板上用笔描出入射光EO和 反射光 OF的径迹。 改变光束的入射方向，重做一次。换另一种颜色的 笔，记录光的径迹。 取下纸板，用量角器测量NO两侧的角i和角r。 第一次 第二次 第二章 光现象40 图 2.2-6 光路的可逆性图 2.2-5 在反射现象中，反射角等于入射角。 纸板ENF是用两块纸板连接起来的。把纸板NOF向前 折或向后折 （图2.2-4） ，还能看到反射光线吗？ 关于光的反射，你发现了什么规律？ 分析和论证 图 2.2-3 研究光的反射规律 图2.2-4 还能看到反射光线吗？ i N r 反射光线入射光线 平面镜 O EF 垂直于镜面的直线ON叫做法线；入射光线与法线的夹角i叫做入射角；反 射光线与法线的夹角r叫做反射角。 在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；反射光 线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律 （reflection law） 。 平面镜 O? F? N?E? 入射光线 N ir O 反射光线 入射光线 反射角入射角 41 第二章 光现象 如果让光逆着反射光线的方向射到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来 的入射光的方向射出 （图2.2-6） 。 这表明，在反射现象中，光路是可逆的。 生活中有很多现象可以说明光路的可逆性。例如，如果你在一块平面镜中 看到了另一位同学的眼睛，那么，不论这个平面镜多么小，你的同学也一定会 从这块平面镜中看到你的眼睛。 漫反射 阳光射到镜子上，迎着反射光的方向可以看到刺眼的光 （图2.2-7甲） 。如 果阳光射到白纸上，无论在哪个方向，都不会感到刺眼。这是为什么？ 原来，镜面很光滑，而看上去很平的白纸，细微之处实际是凹凸不平的。 凹凸不平的表面会把光线向着四面八方反射，这种反射叫做漫反射 （图2.2-7 乙） 。 图2.2-7 甲 镜面反射 乙 漫反射 30 图 2.2-8 1.光与镜面成30角射在平面镜上 （图2.2-8） , 反 射角是多大？试画出反射光线，标出入射角和反射 角。如果光垂直射到平面镜上，反射光如何射出？ 画图表示出来。 第二章 光现象42 三 平面镜成像 平面镜成像的特点 在你照镜子的时候可以在镜子里看到另外一个 “你” ， 镜子里的这个 “人” 就 是你的像 （image） 。 2.有时，黑板反射的光能“晃”着一些同学的眼睛，画出这个问题的光路。为了保护同 学的眼睛，请你根据所学的知识提出改变这种状况的建议。 3.电视机的遥控器可以发射一种不可见光，叫做红外线，用它来传递信息，实现对电视 机的控制。试着不把遥控器对准电视的控制窗口，按一下按钮，有时也可以控制电视 （图 2.2-9） 。 这是为什么？ 4.自行车尾灯的结构如图2.2-10所示。夜晚，用手电筒照射尾灯，看看它的反光效果。试 着在图2.2-10左图上画出反射光线来。 5.激光测距仪向目标发射激光脉冲束，接受反射回来的激光束，测出激光往返所用的 时间，就可以算出所测天体与地球之间的距离。地球到月球的距离是3.8108 m，计算一 束激光从激光测距仪出发，大约经过多长时间反射回来。现在利用激光测距仪测出月地 之间的距离，精度可以达到10 cm。激光测距技术广泛应用在人造地球卫星测控、大地 测量等方面。 图 2.2-10 自行车尾灯 图 2.2-9 遥控器 43 第二章 光现象 探究 平面镜成像的特点 平面镜成像时，像的位置、大小跟物体的位置、大 小有什么关系？ 照图2.3-1那样，在桌面上铺一张大纸，纸上竖立一 块玻璃板，作为平面镜。在纸上记下平面镜的位置。把 一支点燃的蜡烛放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃 板后面的像。再拿一支没有点燃的同样的蜡烛,竖立着在 玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完 全重合。这个位置就是前面那支蜡烛的像的位置。在纸 上记下这两个位置。实验时注意观察蜡烛的大小和它的 像的大小是否相同。 移动点燃的蜡烛，重做实验。 用直线把每次实验中蜡烛和它的像的位置连起来， 用刻度尺测量它们到平面镜的距离。 蜡烛的位置和它的像在位置上有什么关系？它们的 大小有什么关系？ 设计实验和 进行实验 分析和论证 图 2.3-2 平面镜中的像是虚像图2.3-1 探究平面镜成像的装置 提出问题 S S 物到平面