【精品讲义】初中物理竞赛及自主招生大揭秘专题突破 第5章 第1节 声音的产生与传播 冲击波（含答案）

【精品讲义】初中物理竞赛及自主招生大揭秘专题突破 第5章 第1节 声音的产生与传播 冲击波（含答案）

第五讲 声音
第一节 声音的产生与传播 冲击波
一、声音的产生与传播
(一)声音的产生
在日常生活中，我们周围充斥着各种各样的声音。声音是由物体振动产生的，拨动的琴弦、被
敲击的鼓面、发声的音叉等，都因振动而发声。固体、液体、气体都会因振动而发声。当然，正在
发声的物体也一定在振动。
(二)声音的传播
1．声波
声音的传播需要介质，声音可以在固体、液体、气体中传播，真空不能传播声音。我们把发声
体的振动在空气或其他介质中的传播叫做声波。声波是一种疏密波，在传播路径上，介质中密部与
疏部交替出现，但是介质并不随着声音的传播而发生移动，如图 1.1 所示。
在均匀介质中，声音从声源处向四面八方传播，若介质静止不动，则声音以球形波的形式向空
间各个方向传播，如图 1.2 所示。

声音的传播实际上也是能量的传播，声源在某瞬时发出的能量 以球面形式向远处传播，这些
能量均匀分布在球面上。当声音传播距离为 时，球面表面积为 ，因此单位面积上分布的
能量为 。可知单位球面面积上声音的能量与传播距离的平方成反比，因此离声源越
远，感觉声音越弱。
2．声速
E
r 24S rπ=
0 24
E E
E
S rπ
= =

声音在单位时间内传播的距离叫做声速，公式为 ，单位为 (米/秒)。声波在不同介质
中的传播速度不同，如表1.1所示。
表 1.1 声波在不同介质中的传播速度
介质 速度/ 与空气中声速的比较
水 1500 4.4 倍
木材(松树) 3300 9.7 倍
铁、玻璃 5000 14.7 倍
①此处所指空气中的声速是声音在 15℃空气中的速度，其数值为 。
声音在空气中的传播速度与温度有关，温度低，声速小。一般情况下，固体的传声效果比液体
的传声效果好，液体的传声效果比气体的传声效果好。
当声音从声源处分别沿着两种不同介质传入人耳时，由于不同介质传声速度不同，因此到达人
耳的时间略有不同，当时间差大于人耳的分辨时间时，人耳就可以分辨出这两个声音，从而听到两
次声音。
例 1 (上海第 9 届大同杯复赛)声音在钢铁中的传播速度为 ，在空气中的传播速度为
。一人用石块敲击长铁管的一端，另一人在铁管的另一端用耳贴着管口倾听，可以先后听
到两次敲铁管的声音。
(1)如果这两次敲击声的时间间隔为 ，求这根铁管的长度。
(2)如果两次声音到达人的耳朵的时间间隔大于(或等于) ，人耳就能够把这两次声音分辨开，
求要想听到两次敲击声，人耳与敲击处的距离。
分析与解 (1)设铁管长为 ，则声音在空气中传播到铁管另一端所需时间 ，在铁管中传
播到铁管另一端所需时间 ，由题意得 ，代入数据解得 。
(2)若要听到两次敲击声，则需满足 ，解得 ，因此至少离敲击处
s
v
t
= m / s
( )m / s ①
340m / s
5000m / s
340m / s
0.2s
0.1s
s 1
s
t
v
=
空
2
s
t
v
=
铁
=0.2s
s s
v v
−
空 铁
72.96ms =
0.1s
s s
v v
′ ′
−
空 铁
… 36.48ms…

。
例2　　(上海第29届大同杯复赛)一辆汽车以 的速度通过减速带，司机利用搁置在
仪表盘上的车载计时仪记录汽车前轮和后轮与减速带撞击发声的时间间隔来测量声速。车载计时仪
位于前轮轴的正上方，在前轮通过减速带时开始计时，在 时第一次接收到声音信号，在
时第二次接收到声音信号。已知汽车前、后轮轴之间的距离 ，求声音在空气
中传播的速度 (不考虑除空气外其他介质对声音传播的影响，结果保留到小数点后两位)。
分析与解 设车载计时仪距离地面高度为 ，隔离带位置在 点，如图 1.3 所示。当车载计时
仪经过 点正上方的 点(车轮第一次撞击隔离带)时开始计时，经过时
间 车载计时仪运动到 点，经过时间 车载计时仪运动到 点，则
， ， ， ，由图中几何关
系得
，
两式相减得
即
解得
代入数据得
3．回声与超声波测速
声波在传播过程中遇到障碍物时，一部分被反射回来的现象叫做回声。技术上经常利用超声波
36.48m
72km / hv =
1 0.006st =
2 0.312st = 5.86mL =
0v
h B
B A
1t C 2t D
1AC vt= 2AD vt= 0 1BC v t= 0 2
L
BD v t
v
 = −  
2 2 2h AC BC+ = 2 2 2h AD BD...