第 3 章 第 1 节 声音的产生和传播
第 章 声现象
许多动物都通过声音感知环境，互相交流。海豚视力不佳，它们主要通过声音彼此交换信息。在物理学中，声学是历史悠久的分支学科之一。本章我们将学习与常见声现象有关的声学基础知识。
通过本章内容的学习，你将了解声音的产生和传播、声音的特性等基本概念和规律；认识声波的应用和危害；体验观察现象、归纳结论的科学方法；增强环境保护和健康生活的意识。
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声音的产生和传播
我国的民族乐器种类繁多，常见的有古筝、古琴、琵琶等。如图 3–1–1 所示，用手指拨动琴弦，就能听到悠扬婉转的声音。声音是如何产生、传播，并被我们听到的呢？
声音是如何产生的？
我们的生活中充满各种声音，说话声、鸟鸣声、琴声、电扇声……人、动物、乐器、机械都能发出各种各样的声音。
如图 3–1–2 所示，拨动紧绷在笔盒上的皮筋，皮筋振动，就能听到皮筋发出的声音。将手指放在正在播放音乐的扬声器上，手指会感到扬声器在振动。
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如图 3–1–3 所示，将橡皮薄膜绷紧在杯口上，用手指敲击橡皮膜，能听到橡皮膜发出“嘭嘭”声，这时可以观察到橡皮膜的振动吗？
若在橡皮膜上放几粒泡沫塑料颗粒，再敲击橡皮膜，听到声音的同时看到泡沫塑料颗粒弹跳起来，这是为什么呢？
如图 3–1–4（a）所示，在音叉的叉臂上固定一根钢针，敲击音叉，再用熏黑的玻璃片迅速滑过针尖，玻璃片上会出现如图 3–1–4（b）所示的锯齿状划痕，说明音叉发出声音时也在来回振动。
大量的事实表明，声音是由物体的振动产生的。
琵琶、铃铛、竹笛分别是靠琴弦、壳体、空气柱振动发声的。物理学中将这些发声物体统称为声源（sound source）。
声音是如何传播的？
如图 3–1–5 所示，将扬声器对准烛焰。随着扬声器发出有节奏的声音，烛焰随之摆动，
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表明烛焰处的空气受到了扬声器上薄膜振动的影响。进一步研究表明，由于声源的振动带动周围空气的振动，从而使声音在空气中向四周传播。
如图 3–1–6 所示，将发声的蜂鸣器放在课桌上，一侧耳朵紧贴在桌面，另一侧耳朵用手塞住，就能听到蜂鸣器的声音，表明课桌能传播声音。游泳时，我们在水面下也能听到岸上的声音，说明水也能传播声音。
固体、液体、气体都可以成为传播声音的介质。声源的振动在介质中的传播，叫做声波（sound wave）。
玻璃罩内的扬声器
如图 3–1–7 所示，把正在发声的扬声器放入连接抽气装置的透明玻璃罩中。隔着玻璃罩，能听到扬声器发出的声音，并能看到扬声器上方的泡沫塑料颗粒不断跳动。逐渐抽出玻璃罩内空气，再打开阀门让空气重新充入玻璃罩内。在此过程中，听到的声音有什么变化？泡沫塑料颗粒的跳动情况如何变化？
若玻璃罩内变成真空，会出现怎样的情况？
以上实验中，扬声器上的泡沫塑料颗粒始终在跳动，说明扬声器一直在振动。在玻璃罩外听到的声音随玻璃罩内空气的减少而变弱，说明声音的传播需要介质。声波无法在真空中传播。
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物理学中用声速来描述声音在介质中传播的快慢。表 3–1–1 列出了声音在一些常见介质中的传播速度。
| 介质 | 声速/（m·s−1） | 介质 | 声速/（m·s−1） |
|---|---|---|---|
| 空气（0 ℃） | 332 | 冰 | 3 230 |
| 空气（15 ℃） | 340 | 松木 | 3 320 |
| 空气（30 ℃） | 349 | 大理石 | 3 810 |
| 纯水（25 ℃） | 1 493 | 钢铁 | 5 200 |
| 海水（25 ℃） | 1 533 | 玻璃 | 5 000 ～ 6 000 |
表 3–1–1 中的数据可以看出，声速的大小不仅与介质的种类有关，还与介质的温度有关。
声音在介质中传播，遇到障碍物时，一部分被反射回来，形成回声。如果传到人耳的前后两次声音的间隔超过 0.1 s，人耳就能将回声和原声区分开。在山谷里喊一声，可以听到回声。如图 3–1–8 所示，北京天坛公园回音壁的圆心处有一块三音石，站在它上面拍一下手后，可以听到多次较明显的回声。
图 3–1–9 是人耳的结构示意图。耳郭相当于一个声波收集器，声波传入耳道中，引起鼓膜振动，鼓膜的振动通过听小骨传至耳蜗，然后通过听觉神经将信息传到大脑，产生听觉。
讲话时，声带的振动往往经过牙床、上下颌骨等传入内耳，引起听
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觉。图 3–1–10 中的骨传导耳机借助头骨的振动，将声音信号传递到耳蜗和听觉神经。在嘈杂环境中，人们会不自觉地把耳机音量调大。长期佩戴耳机，不论是入耳式耳机还是骨传导耳机，都会对听力造成伤害。
1．说明图 3–1–1 1中物体的发声部分。
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2．如图 3–1–12 所示，敲击音叉后，将音叉靠近悬挂着的乒乓球。简述观察到的现象，并对此进行解释。
3．根据表 3–1–1 中的数据描述空气中的声速与温度之间的关系，分析、归纳声波在不同介质中传播速度的差异。
4．北京天坛公园中的“回音壁”是一道圆形的围墙，半径 32.5 m。站在圆心处三音石上拍掌，若声速为 340 m/s，经过多长时间听到第一次回声？
5．某小组同学计划在教室里测量空气中的声速，其中一位同学在讲台处拍手，另一位同学在最后一排座位处手持秒表，看到拍手时开始计时，听到拍手声结束计时。
（1）简要说明以上实验中，除了时间还需要测量什么物理量。
（2）评价他们的方法是否切实可行，并提出优化建议。
发布时间：2026/1/3 下午10:12:35 阅读次数：379
