05讲 回声、音调与频率（学生版） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共12 页 初中物理自主招生讲义05 回声、音调与频率 1．回声 【知识点的认识】（1）当声投射到距离声源有一段距离的大面积上时，声能的一部分被吸 收，而另一部分声能要反射回来，如果听者听到由声源直接发来的声和由反射回来的声的 “ ” 时间间隔超过十分之一秒，它就能分辨出两个声音这种反射回来的声叫回声． （2）当回声比原声晚01s 以上，能分辨出回声； 当回声比原声晚不到01s，分辨不出回声，此时回声对原声起加强作用． （3）回声应用：根据s＝vt，可以测距离或测深度． 【命题方向】利用回声解释一些生活中的现象和回声测距，例如：如果声速已知，当测得 声音从发出到反射回来的时间间隔，就能计算出反射面到声源之间的距离． 【解题方法点拨】 声音在传播过程中遇到障碍物要发生反射，形成回声现象．根据这一事实，我们可以根据 s＝vt 测量高大障碍物的远近、海底的深度、远处冰山的距离等． 一．回声（共2 小题） 1 ．在雷雨来临之前，电光一闪即逝，但雷声却隆隆不断，这是因为（ ） ．雷一个接一个打个不停 B．雷声经过地面、山峦、云层的多次反射 ．双耳效应 D．电光的传播速度比声音的传播速度大得多 2 ．在雷雨来临之前，电光一闪即逝，但雷声却隆隆不断，这是由于（ ） ．雷一个接一个打个不停 B．电光的速度比雷声的速度快 ．雷声经过地面、山岳和云层多次反射造成的 D．双耳效应 2．回声测距离的应用 【知识点的认识】声音在传播过程中遇到障碍物要发生反射，形成回声现象．根据这一事 实，我们可以根据s＝vt 测量高大障碍物的远近、海底的深度、远处冰山的距离等． 【命题方向】对回声测距考查多以计算题和实验题的形式，例如生活中汽车对着山崖鸣 笛，求汽车到山崖的距离；探测海底某处的深度，向海底垂直发射超声波，需要知道的物 理量和需要测出的物理量． 第1 页/ 共12 页 【解题方法点拨】回声测距需要知道的物理量是声音在这种介质中的传播速度v，需要测 出的物理量收到回声的时间t． 例如：探测海底某处的深度，向海底垂直发射超声波，需要知道的物理量是声音在海水的 传播速度v，需要测出的物理量收到回声的时间t．然后根据s＝vt 计算发声体到障碍物的 距离（时间t 用时间间隔的一半）． 二．回声测距离的应用（共14 小题） 3．如图所示为一固定于地面的超声波测速仪，当被测车辆沿直线匀速行驶至测速仪正前方 720m 时，测速仪发出一超声波信号，该信号被汽车反射后又被测速仪接收，若已知信 号从发出到接收历时4s，超声波的传播速度为340m/s ，则该车的速度为（ ） ．17m/s B．20m/s ．275m/s D．36m/s 4．回声是声音遇到较大的障碍物反射回来而形成的。小明站在两侧都是峭壁的峡谷中大喊 一声，03s 后听到第一个回声，又经过02s 听到第二个回声，若声速是340m/s，则峡谷 两侧峭壁的距离是（ ） ．425m B．85m ．136m D．170m 5．为了监督司机遵守限速规定，交管部门在公路上设置了固定测速仪。如图所示，汽车向 放置在路中的测速仪匀速驶来，测速仪向汽车发出两次短促的（超声波）信号，第一次 发出信号到测速仪接收到信号用时05s，第二次发出信号到测速仪接收到信号用时03s， 若发出两次信号的时间间隔是09s，超声波的速度是340m/s ．则（ ） ．汽车接收到第一次信号时，距测速仪170m B．汽车接收到第二次信号时，距测速仪102m ．汽车的速度是262m/s D．汽车的速度是425m/s 6．为了监督司机是否遵守限速规定，交管部门在公路上安装了固定测速仪。如图所示，汽 车向放置在道路中间的测速仪匀速驶来，测速仪向汽车发出两次短促的超声波信号。第 一次发出信号到测速仪接收到经汽车反射回来的信号用时05s，第二次发出信号到测速 第1 页/ 共12 页 仪接收到经汽车反射回来的信号用时03s，若发出两次信号的时间间隔是11s，超声波的 速度是340m/s ，则（ ） ．汽车接收到第一次信号时，距测速仪170m B．汽车接收到第二次信号时，距测速仪102m ．汽车的速度是34m/s D．汽车的速度是309m/s 7．运用声呐系统可以探测海洋深度。在与海平面垂直的方向上，声呐向海底发射超声波， 它的频率高于 z，如果经4s 接收到来自海底的回波信号。则该处的海深为 m（海水中声速是1500m/s）。 8．火车在进入隧道前必须鸣笛。若火车速度为80 千米/时，声音在空气中的速度是340 米/秒，司机在鸣笛后2 秒时听到自隧道口处的山崖反射的回声，则鸣笛时火车到隧道口 的距离是 米。 9．汽车沿平直的公路匀速驶向一座高山，汽车的速度为20m/s，声音的速度为340m/s，当 汽车与高山相距180m 时鸣一次笛，从鸣笛开始到听到回声的时间为 ，司机听到 回声时汽车与山脚的距离是 。 10．一只船在海上行驶，船上发出一鸣笛声，旅客在4s 后听到前方悬崖反射回来的声音， 问： （1）如果船鸣笛后马上停止行驶，求悬崖与船的距离。 （2）若鸣笛的同时，船以20m/s 的速度继续向前行驶，求悬崖与旅客听到回声处的距 离？（气温为15℃） 11．图甲是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉 冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图乙中p1是测速仪在t1＝0 时刻发出的超声波信 号，1是测速仪在t2＝04s 时刻接收到的由汽车反射回来的信号。P2是在t3＝10s 时刻由测 速仪再次发出的超声波信号，2 是测速仪在t4＝12s 时刻接收到的由汽车反射回来的信 号。已知超声波在空气中传播的速度是v＝340m/s，若汽车是匀速行驶的， 求：（1）汽车接收到超声波信号P1时离测速仪的距离； （2）汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离： 第1 页/ 共12 页 （3）汽车匀速运动的速度。 12．图甲是公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发射超声波脉冲信号并接收 被汽车反射回来的信号，根据发射和接收到信号间的时间差，可测出被测物体的速度。 图乙中，P1、P2 是测速仪发射的超声波信号，1、2 分别是P1、P2 被汽车反射回来的信 号。P1、P2之间的时间间隔2s，超声波在空气中的传播速度v＝340m/s，假设汽车始终 在平直公路上匀速运动，根据图乙，求： （1）汽车在遇到两个脉冲信号P1、P2的时间内前进的距离s； （2）汽车行驶的速度v 车。 13．已知声音在空气中的传播速度与空气的温度有关，在一定的范围内，其关系如下表格 所示： 空气温度 t / ℃ 0 5 10 15 20 25 … 声音速度 v/m•s 1 ﹣ 331 334 337 340 343 346 … （1）如果测得今天声音在空气的速度为3382m/s，则今天的气温是 ℃。 （2）有甲、乙两辆汽车，甲车在后，乙车在前，沿平直的公路上分别以20m/s 和10m/s 同向行驶，当相距660m 时，甲车鸣笛，经过多长时间乙车司机听到甲车的鸣笛声？乙 第1 页/ 共12 页 车司机听到甲车的鸣笛声立即鸣笛，当甲车司机听到乙车的鸣笛声时，两车相距多远？ （当时气温为15℃。） 14．火车在进入隧道前必须鸣笛。若火车速度为72 千米/小时，声音在空气中的速度是340 米/秒，司 机在鸣笛后2 秒时听到自隧道口处的山崖反射的回声，则鸣笛时火车到隧道口的距离是 米。 15．某人在一山谷间高喊一声，经过6s 后听到了第一次回声，又经过2s 后听到了第二次 回声，已知声音在空气中的传播速度为340m/s，求山谷间的距离是多少？ 16．某人站在一个较大的山谷里，想估测山谷的宽度。他大喊一声后经过03 秒钟听到右面 山崖反射回来的声音，经过05 秒钟才听到左面山崖反射回来的声音。请你帮他估算这 个山谷的宽度。（声音在空气中的传播速度为340 米/秒） 3．音调 【知识点的认识】声音频率的高低叫做音调．声音的三个主要的主观属性即音量（也称 响度）、音调、音色（也称音品）之一．表示人的听觉分辨一个声音的调子高低的程度． 音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关．对一定强度的纯音，音调随频率的 升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却 随强度增加而上升．物理学中，振动快慢用每秒振动的次数来表示，称为频率． 【命题方向】 对于声音这部分知识强调应用：例如：吹笛子音调的变化、向水壶中灌热水音调的变化． 中考中常以填空、选择和问答的题型出现． 【解题方法点拨】音调是指声音的高低，由发声体的振动频率决定，频率是指每秒振动的 第1 页/ 共12 页 “ ” “ ” 次数；注重结合实际，例如：女高音，男低音，高和低指的就是音调．向水壶中灌热 水音调的变化，硬纸片接触发声齿轮等． 三．音调（共2 小题） 17 “ ” “ ” ．五音不全的五音是指中国古乐宫、商、角、徵、羽，相当于现代个音阶中的d、 re、m、sl、l ，五音实际上是指声音的（ ） ．音色不同 B．音调不同 ．响度不同 D．振幅不同 18．科学家根据星球光谱的红移现象推断宇宙正在膨胀，星球正在离我们越来越远。其实 在日常生活中声音也有类似的现象，在火车从我们身边疾驶而过的瞬间，尽管火车发出 的汽笛声频率是不变的，但我们听起来声音的音调却是 “ ” “ （选填由高变低或由 ” 低变高）。 4．音调与频率的关系 【知识点的认识】 音调：声音的高低，由发声体的振动频率决定，物理学中，振动快慢用每秒振动的次数来 表示，称为频率。频率越高，音调越高。频率越低，音调越低。 【命题方向】 主要是判断一些物体的声音是指音调、响度还是音色来命题。对于声音这部分知识强调应 用：例如：吹笛子音调的变化、向水壶中灌热水音调的变化。中考中常以填空、选择和问 答的题型出现。 【解题方法点拨】 音调是指声音的高低，由发声体的振动频率决定，频率是指每秒振动的次数；注重结合实 “ ” “ ” 际，例如：女高音，男低音，高和低指的就是音调。向水壶中灌热水音调的变化，随 着水的增多，水壶上方的空气柱变小，引起频率的变化，引起音调的变化。 四．音调与频率的关系（共17 小题） 19 “ ” ．我们能听到蚊子飞行时发出的嗡﹣﹣嗡声，但听不到蝴蝶飞行时发出的声音，其原 因是（ ） ．蝴蝶飞行时声音响度小 B．蝴蝶飞行时振动频率小于20z ．蝴蝶飞行时音色与蚊子不同 D．蝴蝶飞行时振动的幅度小 20．在一次班级的才艺秀表演中，小芳演奏了一曲《赛马》博得了大家的热烈掌声，细心 的小明发现在小芳的演奏过程中，她的左手在不停地上下移动。当小芳的左手手指向下 移动时，我们听到的声音发生了怎样的变化（ ） 第1 页/ 共12 页 ．响度变大 B．响度变小 ．音调变高 D．音调变低 21．如图所示，将一把钢尺紧按在桌面边缘，一端伸出约为尺长的一半，拨动钢尺，听它 发出的声音，并观察它的振动情况。然后减小钢尺伸出长度约为尺长的 ，再次试验， 得到的结论是（ ） ．声音变大 B．频率变高 ．振动变慢 D．响度变小 22．小明游览一座古寺时发现里面有一个变音钟，随着钟下燃烧的香火越旺，敲出的声音 越高亢，原因的可能是（ ） ．香火使钟周围的空气温度升高，传声效果越来越好 B．任何物体温度升高时，振动发出的声音音调都会变高 ．香火使振动的振幅加大，使声音响度变大 D．香火使钟的温度升高。材料的微观结构发生变化，钟振动频率改变 23 ．往保温瓶里灌开水的过程中，听声音就能判断壶里水位的高低，因为（ ） ．随着水位升高，音调逐渐降低 B．随着水位升高，音调逐渐升高 ．灌水过程中音调保持不变，音响越来越大 D．灌水过程中音调保持不变，音响越来越小 24．磁带录放机可高速播放正常录制的声音，在高速播放时最有可能听不到的声音是正常 录音时（ ） ．音调较低的声音 B．音调较高的声音 ．响度较小的声音 D．响度较大的声音 25 ．在往保温瓶里灌开水的过程中，听声音就能判断瓶里水位的高低，这是因为（ ） ．水位升高，音调不变，响度变大 B．水位升高，音调不变，响度变小 ．随着水位升高，音调逐渐升高 D．随着水位升高，音调逐渐降低 第1 页/ 共12 页 26．小明在家往保温瓶里灌开水过程中，听声音就能判断壶里水位的高低，他是根据什么 来判断水是否满的？（ ） ．随着水位升高，音调逐渐升高 B．随着水位升高，音调逐渐降低 ．水位升高音调不变，响度越来越大 D．水位升高音调不变，响度越来越小 27．如图所示，三个相同材料制成的长度不同的音叉，当用音锤敲击它们时，以下关于它 们发出的声音的说法中正确的是（ ） ．音叉发出的声音频率最高 B．音叉发出的声音频率与锤子敲击的力度有关 ．音叉发出的声音频率最高 D．音叉发出的声音频率与是否使用音箱有关 28 ．下列有关声音的说法中正确的是（ ） ．声音在真空中传播速度为3×108m/s B．声源振动的频率越高，响度越大 ．噪声不是由物体振动产生的 D．男同学在变声期说话的声音会变粗，指的是音调变低 29．冬天，寒风吹到野外的电线上，发出呜呜的声音，但夏天却听不到，其原因是 （ ） ．冬天气温低，电线受冷收缩而绷紧，风吹时电线振动频率高；夏天电线松，风吹时电 线振动频率低 B．冬天风大，电线振幅大，响度大；夏天风小，电线振幅小，响度小 ．冬天风吹电线引起振动发声；夏天电线不振动，不发声 D．冬天风吹电线振动发声；夏天是由于人们的错觉，如果仔细听也能听到 30 “ ” ．某研究小组利用一些长度、粗细和材料不同的琴弦探究音调与哪些因素有关，他们 第1 页/ 共12 页 选用的琴弦长度、材料在图中已标出（其中琴弦的直径关系：＝＝d＜b），并且每根琴 “ ” 弦固定在音箱上的松紧程度一致。 （1 “ ” ）若他们想研究音调的高低与琴弦长度的关系，应该控制 、 相同， 改变 ，应选择琴弦 （/b//d）。 （2）若选择琴弦和b “ ，则是为了研究音调的高低与琴弦 ” 的关系。 （3 ）两位同学还可以选择琴弦 （/b//d “ ” ），研究琴弦音调高低与材料的关系。 31 “ ” ．如图某歌手能用注射器都能吹出美妙的音乐，该乐器的发声原理为试管内的空气由 于振动发声，若他将注射器的活塞往上运动，则吹出的声音的 （选填响度、音色 和音调）将改变。 32．如图所示，将一把钢尺紧紧按在桌面上，一端伸出桌面适当的长度，拨动钢尺，就可 听到钢尺振动发出的声音。逐渐增加钢尺伸出桌面的长度，钢尺振动发出声音的音调会 逐渐变 。当钢尺伸出桌面超过一定长度时，虽然用同样的力拨动钢尺，却听不到 声音，这是由于 。 33．弦乐器小提琴是由两端固定的琴弦产生振动而发音的，如图所示。为了研究同一根琴 弦振动频率与哪些因素有关，可利用如图所示的实验装置。一块厚木板上有B 两个楔支 撑着琴弦，其中楔固定，B 楔可沿木板移动来改变琴弦振动部分的长度L．将琴弦的末 端固定在木板点，另一端通过滑轮接上砝码以提供一定拉力F，轻轻拨动琴弦，在B 间 产生振动。 第1 页/ 共12 页 （1）先保持拉力F 为150 不变，改变B 的距离L（即改变琴弦长度），测出不同长度时 琴弦振动的频率，记录结果如表1 所示。从表1 数据可判断在拉力F 不变时，琴弦振动 的频率f 与弦长L 的关系式为 。 表1 琴弦长度L（m） 150 100 075 050 040 振动频率f（z） 100 150 200 300 375 （2）保持琴弦长度为080m 不变，改变拉力F，测出不同拉力F 时琴弦振动的频率，记 录结果如表2 所示。从表2 数据可判断在琴弦长度不变时，琴弦振动频率f 与拉力F 的 关系式为 。 表2 拉力大小F（） 360 300 240 180 120 振动频率f（z） 290 265 237 205 168 振动频率的平方f2（z2） 84100 70225 56169 42025 28224 （3）如果在相同的环境中研究不同种类的小提琴琴弦，除了长度L 和拉力F 以外，你 认为还有哪些因素会影响琴弦振动的频率？试列举可能的两个因素：① 。 ② 。 34．如图所示，将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌边。拨动钢尺，听它振动发出的声 音。当钢尺伸出桌边的长度不同时，越短，其发出的声音 。 35．声源振动时发出声音的频率即为每秒钟发出声波的数目，声源每秒钟发出的波数不 同，发出声音的频率就不同。对观察者而言，人耳听到的声音频率即为每秒钟接收到的 声波数目，例如我们听到频率为50z 的声音，每秒钟接收到的声波数即为50．当声源靠 第1 页/ 共12 页 近或远离观察者时，人耳听到的频率不再等于声源发出的频率，这种现象叫多普勒效 应。 （1 “ ” ）我们在生活中经常有这样的经验：高速驶来的火车呼啸而来，扬长而去。试定 性分析当火车靠近我们时，我们听到的鸣笛声与火车发出的声音频率相比有何不同？ （2）观察者静止在路旁，一列动车以速度v 向观察者驶来，动车发出的鸣笛声频率为 f0，观察者听到的声音频率为f，声音的速度为u，试推导f 与f0的关系。 （3）利用多普勒效应可以测定动车的速度。观察者坐在速度为80km/的普通列车上， 从对面开来一列动车，迎面时听到动车鸣笛声的频率为f1，动车向后奔驰而去时听到的 频率为f2，若f1：f2＝2：1，声音的速度为1200km/，求动车的速度大小。 第1 页/ 共12 页