沪科版物理教案 第三章 声的世界

第三章声音的世界第一节科学探究：声音的产生与传播要求：1、知道声音是由振动产生的。2、 知道声音的传播需要介质，知道声音在不同介质的传播速度不同。3、 能分析一些常见的声现象。重、难点：（重）1、学生对声音的产生与传播过程的探究。（难）2、设计探究的实验。3、声现象的分析、解释。关 键：指导学生分析实验现象、总结结论。教学时数：1课时教学器材：电脑、两个音叉、队鼓、闹钟、真空罩等。教材分析：1、本节研究是一种常见的现象，因此要求尽可能利用实验、周围现象去进行教学。可以利用课本外的实验、现象去进行教学。2、充分调动学生的思维，指导学生归纳出正确的结论，并能利用所学知识去解释有关的现象。过程：一、 声音的世界世界充满声音。声学是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的物理学分支学科。二、 声音是怎样产生的声源：正在发出声音的物体（含“固体、液体、气体”）。声音是由物体的振动产生的，振动停止，发声停止。一切正在发声的物体都在振动。常见声源：人一一喉咙（声带振动）、手掌（拍）……二胡、提琴——弓和弦的摩擦振动笛子一一管内的空气柱蝉一一腹部薄膜蚱蜢一一后腿摩擦

蜜蜂翅膀振动蜜蜂翅膀振动鱼 鳔海豚一一鼻道正在灌水的保温瓶一一瓶内水面上到瓶口的空气柱蟋蟀一一翅膀振动三、声音是怎样传播的（一） . 声音的传播途径声音的传播过程：声源 介质 接收体人听到声音的过程：声音 空气 耳廓 耳道 鼓膜 听骨链（听小骨） 鼓室 中耳机 咽鼓管 耳蜗（声学传播过程至此结束，以后是生物电信号处理）声音的传播需要介质（介质一一作为传播媒介的物质）。一切固体、液体、气体都能传播声音，真空不能传声。（所以在月球上发生爆炸，也不会听到声音）一个标准大气压下，温度为15°C时声音在空气中的速度为340m/s。区分回声和原声的条件：回声到达人耳比原声发出时晚0.1秒以上（即人要区分开回声和原声，离障碍物的最小距离为：s=vt=340m/sX0.1s-F2=17m，用这种方法可以探测距离制成“声纳”等）；时间差低于0.1秒，回声使原声加强而听不出回声。（二） .声音的传播特性声音以波（振动一一相当于“水波”）的形式传播，传递着能量，这种能量在传播过程中可以传递给其他物体，引起其他物体的同步振动一一共鸣。声波在气体中和液体中是纵波，而在固体中有纵波，有横波，还有纵横波、表面波等，情况更为复杂；声波比光波的传播速度小得多；一般物体和材料对光波吸收很大，但对声波却很小，声波在不同媒质的界面上几乎是完全反射。（三） .声音传播速度的影响因素不同介质中的声速是不同的。一般情况下，声音在固体中的传播速度最大，在液体中传播速度小于在固体中的传播速度，在气体中的传播速度最小。声音在空气中的传播速度还与压强和温度有关。一般情况下，当外界条件不变时，压强越大速度越大，温度越高，速度越小。总而言之，与声音速度有关的因素有：介质的种类、压强、温度。四、 声音的作用：传递信息、传递能量（声能）五、 应用：制造出军事上的声纳，声纳（监测反射声波的系统）技术：测海底深度、测敌方潜水艇的远近、测冰山的距离或者寻找鱼群。声波作用于生物体对其产生某种影响称为声波的生物效应。大量试验表明，用一定频率和剂量的声波处理蔬菜、谷物、中草药及树木的种子常常可获得明显的增产效果。播放模拟蝙蝠叫声，驱逐夜蛾，可提高玉米产量；控制海洋生物声场可以判断鱼群的位置、种类及数量，利用电子发声器引诱鱼群定向聚集，可以提高捕鱼量；飞机场安装驱鸟器会大大改善飞机的飞行安全；粮仓内安装驱鼠器可使粮食免受鼠害等等。物体除了能反射声波，还能吸收声波，坚硬、光滑的物体表面对声音有明显的反射作用。柔软、粗糙、多孔的物体表面则能吸收声音效果更好。比如我们所使用的声音传播测试仪就是利用海绵来吸收声波的。播音室的墙壁和地面都要用吸收声波好的材料来减少杂音。北京的天坛回音壁、三音石和寰丘（回声）六、计算题（例题与作业）我国海洋探测船上的科学家为测定北冰洋某处海水深度，从海面向海底竖直发出超声波，5.6s后接收到从海底反射回来的声波，已知海水中声速为1500m/s，请你帮科学家们算出北冰洋该处的深度是多少？解答：分析：从题意可知：声音从海面传至海底，被海底反射后又回到海面共享时间5.6s，则由此可算出声波从海面到海底或从海底到海面所用时间为1x5.6s=2.8s.由公式s=vt即可求出海水的深度.2解：... t总=5.6s据v=S有v=ht t得：海水深度h=vt=1500m/sX112总1=1500m/sXX5.6s2=4200m一根钢管长为762m，在它的左端敲一下，在右端的人可听到两次响声.若两次响声相隔2.04s，求声音在铜管中的传播速度（声音在空气中的传播速度v°=340m/s）解答：分析：固体、气体都能传播声音，而且固体传播声音的速度最大.因此，敲击铜管左端时，振动发声，声音必然经铜管和空气向外传播，而且处在右端的人先听到由铜管管壁传播来的敲击声，过2.04s后能再次听到由空气传播来的敲击声.根据铜管和空气传播声音的距离S相等以及两次响声的时间差At，就可列出方程求解.解：设声音在铜管中的传播速度为v，则由题愈有：直-S=At%v即：340vv=3810m/s答：声音在钢管中的传播速度为3810m/s一个人站在高处用望远镜注视远处工地上的木工以每秒一次的频率钉钉子.他听见声音时恰好看到击锤的动作，当木工停止击锤后，他又听到了两次击锤声，木工离他多远？解答：分析：本题从表面上看，似乎题目的物理过程非常复杂，木工的击锤频率、声音传播的时间及观察者记时起点等因素错综复杂.事实上，只要把握住“木工停止击锤后，他又听到两次击锤声”的含义，本题就极易求解.这句话其实等于说明声音传播的时间与木工击锤两次时间相等，结合前面已知的击锤频率，这个时间便得到了.解：已知木工敲击间隔为1s，即△t=1s，则由分析可知：木工发出的敲击声传到观察者处需要2s，则两人相距s=v・2・△t=34OX2X1m=680m第二节乐音和噪声要求：知识与技能了解声音的特性。知道声音的响度跟发生体的振幅有关，音调跟发声体的频率有关。不同发声体发出的声音的音色不同。过程与方法通过做“响度跟发声体的振幅有关的实验”和“音调与频率有关的实验”，进一步了解和学习物理学研究问题的方法一探究法。了解探究学常用的方法——转换法。情感态度与价值观通过体会现实世界中物体发出的丰富多彩的声音，欣赏美妙动听的。乐曲，充分享受科学的美感。通过参与实验活动，培养学生积极主动参与科学探究实践的思想意识和互相配合协作的精神。教学重点：声音的响度、音调教学难点：音调实验器材和教具：多媒体、音叉、乒乓球、铁架台、钢尺、鼓、橡皮筋、乐器等教学过程：概述:1、 乐音：有规律的、好听悦耳的声音2、 噪声：无规律的、难听刺耳或污染环境的声音（狭义噪声）所有令人感到不舒服的声音（广义噪声）二、 乐音的特性（乐音三要素）：响度、音调、音色（一） 、响度（音强）：声音的强弱响度的决定因素：声源振动的幅度（简称振幅）；振幅越大，响度越大;接受体与声源的远近；与声源越近，响度越大；声音传播途中是否有障碍；障碍越少，响度越大；单位：分贝——dB（二） 、音调（音高）：声音的高、低相关的概念：频率：物体每秒钟振动（全振动）的次数；频率的单位一一赫兹（Hz）国际标准音调的频率——440Hz音调高低的决定因素：声源的频率；物体振动越快（频率越大），音调越高；（三） 、音色（音品）：声音的品质与特色音色的决定因素：音色是由发声体的材料和结构决定的，声音的扩散：是声音朝着许多方向不规则反射、折射和衍射的现象。扩散使室内声场均匀。声音的传播和光线的传播一样，遇到障碍物时会产生反射和吸收现象（三、 应用：人耳的听觉特性人耳对声音的方位、响度、音调及音色的敏感程度是不同的，存在较大的差异。1） 方位感：人耳对声音传播方向及距离、定位的辨别能力非常强。人耳的这种听觉特性称之为〃方位感〃。2） 响度感：对微小的声音，只要响度稍有增加人耳即可感觉到，但是当声音响度增加到某一值后，即使再有较大的增加，人耳的感觉却无明显的变化。通常把可听声按倍频关系分为3份来确定低、中、高音频段。即：低音频段20Hz-160Hz、中音频段160Hz-2500Hz、高音频段2500Hz-20KHz。3） 音色感：是指人耳对音色所具有的一种特殊的听觉上的综合性感受。4） 聚焦效应：人耳的听觉特性可以从众多的声音中聚焦到某一点上。如我们听交响乐时，把精力与听力集中到小提琴演奏出的声音上，其它乐器演奏的音乐声就会被大脑皮层抑制，使你听觉感受到的是单纯的小提琴演奏声。这种抑制能力因人而异，经常做听力锻炼的人抑制能力就强，我们把人耳的这种听觉特性称为〃聚焦效应〃。多做这方面的锻炼，可以提高人耳听觉对某一频谱的音色、品质、解析力及层次的鉴别能力。颅骨传声人的耳朵辨别声音的能力很强，但当你第一次从录音机里听到自己的声音时，却不太相信是自己的声音，这是为什么？大家知道，人听到外界声音，是由耳朵感受的，外界空气的振动通过耳膜将声音信息传给听觉神经，再经过大脑加工形成听觉。听自己讲话的声音，不是靠耳朵，而是由颅骨把声带的振动直接传给听觉神经，经大脑加工后形成听觉的。人的头部骨胳，跟一切坚韧的物体一样，容易传导声音。声音在这种实体介质中传播与在空气介质中传播不同，引起的声觉就不一样。人们听自己的声音，习惯于经颅骨传导的声音，而录音磁带记录磁带记录的是空气中传播的声音，所以在听自己讲话的录音时，感到陌生是自然的。但是，当别人听你的讲话声或是你的录音，由于都是在空气介质中传播的，所以听起来就不会两样。当你嘴嚼饼干时，往往感到很大的噪声，旁人却听不到，这也是由于自己直接通过颅骨感觉声音的缘故。当这种嘴嚼饼干的碎裂声经过空气传到旁人耳朵里，只有轻微的声音。著名的音乐家贝多芬晚年失聪后，将硬棒的一端抵在钢琴盖板上，另一端咬在牙齿中间，靠硬棒来“听”钢琴演奏，也是这个道理。电子琴的发音原理电子琴既可以演奏不同的曲调，又可以发出强弱不同的声音，还可以模仿二胡、笛子、钢琴、黑管以及锣鼓等不同乐器的声音。那么，电子琴的发音原理是怎样的？大家知道，当物体振动时，能够发出声音。振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。当按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。电子琴的音量控制器，实质上是一个可调电阻器。当转动音量控制器旋扭时，可调电阻器的电阻就随着变化。电阻大小的变化，又会引起喇叭声音强弱的变化。所以转动音量控制旋扭时，电子琴发声的响度就随之变化。当乐器发声时，除了发出某一频率的声音一基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音一谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。不同的乐器发出同一基音时，不仅谐音的数目不同，而且各谐音的响度也不同。因而使不同的乐器具有不同的音品。在电子琴里，除了有与基音对应的电装置外，还有与许多谐音对应的电装置，适当地选择不同的谐音电装置，就可以模仿出不同乐器的声音来。例如，要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年。如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。我国考古工作者用放射性同位素鉴年法对马王堆一号汉墓外椁盖板杉木进行测量，结果表明该墓距今2130+95年。通过历史文献考证，该古墓的年代为西汉早期，约在2100年前，两者符合得很好。大雪后为什么很寂静在冬天，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静。这是怎么回事?难道是人为的活动减少了吗?那么，为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了以前的喧嚣。原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的。它的表面层有许多小气孔。当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小。所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能则被吸收掉了。从而导致自然界声音的大部分能均被这个表面层吸收，故出现了万籁俱寂的场面。而雪被人踩过后，情况就大不相同了。原本新鲜蓬松的雪就会被压实，从而减小了对声波能量的吸收。所以，自然界便又恢复了往日的喧嚣。口哨声是如何吹出来的在闲暇时，很多人都喜欢通过吹口哨来消遣。那么，丰富多彩的口哨声是如何吹出来的呢？从口腔中吹出来的空气，当气流冲出口腔时，从嘴唇的边缘散发出涡漩。于是在嘴唇的反作用力的推动下，就产生了我们听见的声音。有些声音回到气流的发源处，引起气流的不稳定，这种不稳定性产生更多的顺着气流的涡漩。当涡漩到达唇边的时候，将产生出更多的声音。整个过程又将周而复始。在口腔中，回到气流发源处的声音改变了气流的速度，从而导致了许多涡漩的形成。当这些环冲击我们特意改变的口形时，便产生了丰富多采的声音。两面蒙皮的鼓在敲击两面蒙皮的鼓时，另一面也会振动。仔细观察可以发现，两面鼓皮不会同时振动。很明显，振动是从一面传到另一面上去的。你知道其中的过程吗？先假设鼓的一面振动，而另一面不动。振动的一面使鼓内的空气振动（鼓皮下压时变密，鼓皮向外运动时变疏）。空气对第二面鼓皮产生压挤的作用，于是第二面鼓皮开始振动。同时空气对第一面鼓皮产生了阻力，使它的振动衰减。最后，第一面鼓皮完全停止了振动，这时第二面鼓皮的振幅最大。两面鼓皮交换了它们的初始状态后，上述过程向相反方向进行。在浴室里唱歌许多人都喜欢在浴室里唱歌，因为在那里歌声听起来更悠扬和动听，你知道是什么原因吗？在空旷的地方唱歌，你只能在声音发出的那一瞬间听到声音。浴室里则不同，声音在墙壁上多次反射，所以使你的「艺术享受」时间延长了。高频率的声音延续后会使你的歌声显得明亮，低频率的声音延续后会使你的歌声显得深沉。这样，即使你并不是一个很出色的歌手，你也会觉得自己的歌声绕梁三日了。四、 噪声的防治:一般标准：居民环境的噪声，日间不能超过50dB，夜间不能超过40dB减弱噪声的途径：在声源处减弱；在传播过程中减弱；在人耳处减弱。形成多门学科进行系统研究，如：噪声控制学等五、 作业：女高音歌唱家与男低音歌唱家中的“高、低”指什么（音调的高低）女高音歌唱家与男高音歌唱家中的“高、高”分别指什么女高音音调高男高音一一响度大牛的叫声与老鼠的叫声相比较，有什么不同牛的叫声响度大、音调低第三节超声与次声基本要求：教学重点：教学难点：实验器材和教具：教学过程：一、 概述1.二、 超声定义：频率高于20000Hz的声音称为超声;.特点：能量大、沿直线传播。3.超声有很强的穿透能力（如B超）超声具有很强的“破碎”能力超声处理过的种子可以缩短发芽时间、提高发芽率超声的作用超声对于工业生产上有着特殊的作用：第一，超声的机械作用。超声波由于频率高，因此有定向性。它的能量大，所以定向力也大。它可以用来清洗除尘最普通的可用来洗碗。还可以用来对玻璃陶瓷等制品进行加工。第二，超声的空化作用。液体中经常有大小不同的气泡，一定频率的超声波能使某一适宜尺寸的小气泡发生共振。这种适宜的尺寸称为共振尺寸。接近共振尺寸的小气泡会发生高温、高压、放电、发光等一系列的现象，这种现象称为“空化现象”。在超声的这种空化作用下，常常能使许多在常温常压下很难发生的化学反应，竟然很容易发生了。例如超声波可以使酒老熟，也就是促使酒精分子进入水分子团的空隙，形成酒精与水的缔合体，酒就变得柔和醇厚。第三，超声的热作用。三、 次声定义:频率低于20Hz的声音称为次声.特点:次声波具有极强的穿透力危害:不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤。次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡。为什么次声波能致人于死呢？原来，人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（0.01〜20赫），倘若外来的次声频率与身体内脏的振动频率相似或相同，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状。特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命。前面开头提到的发生在马六甲海峡那桩惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，恰遇海上起了风暴。风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。次声波虽然无形，但它却时刻在产生并威胁着人类的安全。在自然界，例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变；在工厂，机械的撞击、摩擦；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等，都可以产生次声波。5.四、 应用人耳要听到声音，必须满足四个条件：1） 要有发声体，即必须有声源2） 要有传播的介质3） 发声体振动的频率必须在20Hz〜20000Hz之间4） 声源不能离人耳太远声复习课【教学目标】复习巩固基本知识：（1）知道声音是由物体振动发生的。（2）知道声音传播需要介质，声音在不同介质中传播的速度不同，知道声音在空气中的传播速度。（3）知道回声现象和回声测距的原理。知道乐音的三要素，知道噪声和乐音的主要区别，知道噪声的危害和控制。提高分析解决问题的能力。【重点】声音的发生和传播【难点】如何提高分析解决问题的能力。【课时】1课时【教具】投影、视频点播【教法】启发、总结、讨论【课型】复习课【教学过程】知识结构■Si—传播一不同的介质中传播速度不同声苛—三4W〈恤■dV来源岫鼻和建知识要点(放视频点播，后结合知识结构，边问边总结归纳)声音是由发声体振动产生的，一切发声的的物体都在振动。声音的传播靠会质，真空不能传声，声音在固体中传播速度最快，在液体中较快，在气体中较慢。声音在空气中的传播速度是340米/秒。4、 回声现象回声是声音在传播过程中碰到障碍物而被反射回来的现象，人耳要区分开回声和原声，回声到达人耳的时间比原声晚0.1秒以上利用回声测量距离：S=vt5、 乐音的三要素：音调：声音的高低，跟发声体的频率有关系。频率越大，音调越高；频率越小，音调越低。响度：声音的大小。跟发声体的振幅，声源与听者之间的距离有关系。音色：不同的发声体音色是不同的。6、 噪声⑴概念：(2)减弱噪声的途径：在声源处减弱；在传播过程中减弱；在人耳处减弱。例题(课堂练习)【例1】一切正在发声的物体都在，通常称为声源，由声源发出的声音是通过传播到人耳的。中声音是不能传播的。【分析】实验证明，一切正在发声的物体都在振动。声源发出的声音是通过介质向周围传播的。真空中即使有声，也不能向周围传播声音。【解答】振动；介质；在真空。【例2】气体、液体、固体都能声音。传播最快的是。【分析】一切气体、液体、固体物质都可作介质传播声音。实验表明，声音在固体、液体中比在空气中传播得快。【解答】传播；固体。【例3】为了听到回声，反射声波的障碍物至少应该离开我们多远？猎人在射击后6秒钟听到射击的回声，障碍物离猎人有多远？（空气中的声速是340米/秒）【分析】根据回声到达人耳比原声晚0.1秒以上，人耳能把回声跟原声区分开，根据声音在空气中的速度v=340米/秒，利用s=vt，求出障碍物至少应该离人们多远。【解答】设障碍物离我们s1，人要听到回声，声音应传播的路程为2s1，听到回声需要的时间至少要多于t1=0.1秒。利用s=vt得s=340^/秒X零1=口米=340米/秒X半=1020米答:为了听到回声，障碍物离开入至少应17米；障碍物离猎人的距离是皿。米.【例4】某人发现前方有一座大山，他就地击一下掌，经1.6秒听到回声，那么，他距离大山约为米。（声在空气中的传播速度为346米/秒）【分析】某人击掌发出的声音传播到大山又射回来，则1.6秒为往返时间s=vt=346米/秒X =278.4米【解答】 2【例5】旅游者进入两侧是峭壁的山谷，大喊一声后经2秒听到一侧峭壁反射回的声音；又经1秒听到另一侧峭壁反射的回声。求两峭壁间的距离约多远？（声速约344米/秒）【分析】两峭壁间的距离为旅游者到两侧峭壁间的距离之和。【解答】由路程公式s=+s2*L广扫二四也22 2 2344米/秒（2秒+3秒）2=860米【例6】打靶时，靶与射击者之间距离为300米。射击后经过1.4秒开枪者听到击靶的声音，声速为340米/秒。求枪弹的平均飞行速度。【分析】从射击到听到击靶声的t=1.4秒，等于子弹飞行时间和声音从靶传回所用时间之和。【解答】由时间公式t=t1+t2=—+—,即V1V21.4秒=性+突3绸米/秒 v2即 v2^780米/■秒【例7】在长为1000m的一根铁管两端有甲、乙两个同学，若乙同学在长铁管的一端敲一下铁管，甲同学把耳朵贴在长铁管的另一端听到两次声音的时间间隔为2.75s，求：声音在