资源简介

八年级物理（人教版）上学期提优专题训练
第二单元 声现象
专题一：声音的产生机理与微观振动转换法（微小振动放大与发声体辨析）
本专题考查一切发声体都在振动的物理本质，掌握利用转换法（乒乓球、水花、纸屑）放大微小振动，准确辨析吹奏类、弦乐类、打击类乐器的发声主体。
【微小振动转换放大法】在探究“声音是由物体振动产生的”实验中，物理兴趣小组设计了如图 1 所示的实验装置。
图 1 音叉发声与乒乓球转换放大法实验装置
用木槌敲击音叉，将悬挂的轻质乒乓球紧贴发声的音叉叉股，观察到乒乓球被多次弹开，这表明 ________________________。
在实验中，乒乓球所起的作用是将音叉微小的振动放大，这种物理科学研究方法称为 ________（选填“控制变量法”或“转换法”）。
若用手紧紧按住正在发声的音叉叉股，声音将立刻停止，其原因是 ________________________。
【传统民乐器发声主体辨析】我国民族管弦乐器历史悠久。下列关于乐器发声体的分析中，正确的是（　　）
A. 演奏竹笛时，清脆悠扬的笛声是由笛管竹质外壳振动产生的
B. 演奏二胡时，富有表现力的琴声是由琴筒内的空气柱振动产生的
C. 敲击编钟时，浑厚宏亮的钟声是由青铜钟体振动产生的
D. 弹奏古筝时，古筝琴弦振动产生声音，但按住琴弦后声音依然能持续发声
专题二：声音的介质传播与声速规律（真空不传声、固液气声速对比与回声效应）
本专题结合航天舱内外通信、水下潜航等情境，考查介质对声波传播的决定性作用（真空不能传声）、理想实验推理法以及声速与介质种类、温度的关系。
【理想实验推理：真空不能传声】如图 2 所示，将正在发声的电子音乐芯片放置在玻璃钟罩内的软泡沫塑料垫上。
图 2 玻璃钟罩抽气探究声音传播条件实验
用真空抽气机逐渐抽出钟罩内的空气，听到的音乐声音响度将逐渐 ________（选填“变大”或“变小”）。
在实验中，无论怎样抽气，始终能听到微弱的声音，其主要原因可能是 ________________________。
在实验事实的基础上，进一步推理可得出结论：________________________。这种基于实验事实并结合严密逻辑推理的研究方法称为“理想实验法”。
【空间站舱内外声通信】中国空间站“天宫”内，航天员在核心舱内生活工作时可以像在地面上一样正常面对面交谈；但航天员出舱进行太空行走作业时，即使相距仅 ，也必须借助无线电对讲设备进行沟通交流。这是因为（　　）
A. 太空中温度极低，声波被冻结无法传播
B. 太空中是真空环境，声音无法在真空中传播
C. 航天服具有极强的吸音能力，将声波完全吸收
D. 太空中引力极小，声波速度变为零
【介质与温度对声速的影响】下表列出了声音在不同介质和不同温度下的传播速度：
空气（）：；空气（）：；空气（）：；
水（）：；钢铁（）：。
根据表中数据，分析归纳可得出的结论有：
同种介质（如空气）中，温度越高，声音的传播速度越 ________。
在相同温度下，声音在 ________ 中的传播速度通常大于在液体和气体中的传播速度。
【回声分辨的时间条件】人耳能将回声与原声区分开来的最小时间间隔为 。在气温为 的开阔大厅中（声速 ），人若想听到自己说话的回声，人与障碍物（如竖直高墙）之间的距离至少应为 ________ 。
专题三：声音的三大特性深度解构（音调、响度、音色及示波器波形辨析）
本专题考查音调（频率/Hz）、响度（振幅与距离）、音色（材质结构）的本质区别，重点攻克示波器波形图的信息读取与转化。
【示波器波形图深度解构】如图 3 所示，是计算机示波器在相同时间轴上显示的甲、乙、丙、丁四种声音的振动波形图。
图 3 示波器记录的四种声音波形图
对比图(a)甲和图(b)乙可知，两声音的 ________ 相同，但图乙声音的 ________ 较大。
对比图(a)甲和图(c)丙可知，在相同时间内，图丙声音振动的次数更多（频率更高），说明图丙声音的 ________ 较高。
对比图(a)甲和图(d)丁可知，两声音的波形整体轮廓不同，这表明两声音的 ________ 不同。
【智慧手机音频分析与声纹识别】现代智能手机配备高灵敏度音频传感器和声纹识别锁。“闻其声而知其人”主要是根据声音的 ________ 特征进行判别的；手机中显示的频率数值（单位：）反映的是声音的 ________。
【超低音炮与高音喇叭】音响系统中的“低音炮”扬声器振膜振动频率较低，发出的是声音特性中的 ________ 较低的声音；重击鼓面时鼓面振动幅度极大，发出声音的 ________ 较大。
【钢尺探究音调与响度影响因素】如图 4 所示，实验员将一把钢尺紧紧按压在水平桌沿上。
图 4 钢尺伸出桌面探究音调与响度实验
保持钢尺伸出桌面的长度 不变，用大小不同的力拨动钢尺端部，观察钢尺振动的幅度，这是为了探究 ________ 与 ________ 的关系。
保持拨动钢尺的力度相同，逐渐改变钢尺伸出桌面的长度 ，发现钢尺伸出越长，振动越慢，听到的声音音调越 ________。
实验中如果手没有将钢尺在桌面上紧紧压紧，拨动钢尺时还会听到钢尺敲击桌面的声音，这将对实验产生干扰。这提醒我们实验操作中必须控制好发声主体。
专题四：现代科技与声的利用（传递信息 vs 传递能量）
本专题考查声波在现代科技与医学中的两大核心应用：声传递信息（B超、深海声呐、倒车雷达）与声传递能量（超声波清洗、超声碎石、次声波武器防护）。
【声利用类型科学分类】下列现代科技应用中，属于利用声音传递【能量】的是（　　）
A. 医院利用多普勒彩超检查人体内脏器官的健康状况
B. 工业利用超声波探伤仪检测高铁轨道钢轨内部的微小裂纹
C. 医院利用高能聚焦超声波（HIFU）粉碎患者体内的肾结石
D. 气象台利用次声波监测仪预警千里之外的海啸与火山爆发
【蝙蝠回声定位与仿生技术】蝙蝠在黑暗中飞行和捕食主要依靠发射 ________（选填“超声波”或“次声波”）；科学家利用这一仿生学原理发明了用于水下探测的 ________ 装置。
【人耳听觉范围与次声波预警】正常成年人耳的听觉频率范围通常在 之间。地震、海啸发生前常伴随有频率低于 的 ________ 波产生，许多动物能感知并提前出现异常反应。
专题五：噪声的危害与前沿控制技术（声源处、传播中、人耳处及ANC主动降噪）
本专题考查噪声从物理学与环境保护双重角度的定义、等级单位（dB），以及在声源处、传播过程中、人耳处控制噪声的三大途径，结合现代 ANC 主动降噪技术拓展探究。
【ANC 主动降噪耳机相消原理】如图 5 所示，主动降噪（ANC）耳机通过内置高灵敏度麦克风采集外界环境噪声声波，随后内部芯片计算并发射出一束与噪声振幅相同、相位相反（波峰对应波谷）的反向声波，两者在空间中叠加实现“声波相消”。
图 5 主动降噪(ANC)耳机声波相消原理示意图
从控制噪声的三个基本途径来看，戴上传统隔音耳罩属于在 ________ 减弱噪声。
ANC 耳机通过发出反向声波在空间叠加抵消外界噪声，属于在 ________ 减弱噪声。
声音等级以分贝（）为单位。为了保证工作和学习，声音不能超过 ________ ；为了保证休息和睡眠，声音不能超过 ________ 。
【城市与工程降噪措施分类】下列控制噪声的措施中，属于在【声源处】控制噪声的是（　　）
A. 城市高架道路两侧安装透明吸音隔音板
B. 汽车发动机排气管上安装消声器
C. 机场地面地勤引导人员佩戴防噪防爆耳罩
D. 居民小区周边种植高大茂密的常绿绿化林带
【国产 C919 大飞机座舱声学设计】我国自主研制的 C919 大型客机在座舱降噪方面达到国际领先水平。飞机机身壁板内填充了新型多孔超细玻璃棉吸音材料，这属于在 ________ 减弱噪声。
专题六：声速与回声定位综合物理计算（万米深潜声呐、双声传播与声学测量）
本专题考查声波在多介质中传播的严谨计算模型，包括垂直回声测距、声波穿透测厚、固液气双声传播时间差，严格执行标准物理公式推导与出版级单位排版。
【“奋斗者”号万米深潜声呐测深】如图 6 所示，我国“奋斗者”号全海深载人潜水器在马里亚纳海沟完成万米海试。
图 6 奋斗者号潜水器声呐测深时空示意图
潜水器在海面下某一深度处悬停，向海沟底部垂直发射一束高频超声波脉冲，经过 后接收到底部反射回来的回声信号。已知超声波在当时深海海水中的平均传播速度为 。求潜水器悬停位置距海沟底部的垂直深度 。
【汽车鸣笛迎面驶向峭壁测距】一辆汽车正以 的速度匀速迎面驶向一座高耸直立的悬崖。司机在某处鸣笛一声，经过 后听到来自悬崖的回声。已知当时空气中的声速为 。求：
在 内声音传播的总路程 ；
汽车鸣笛时，汽车距悬崖的初始距离 ；
汽车听到回声时，汽车距悬崖的实际剩余距离 。
【医用超声骨密度检测仪测厚模型】如图 7 所示，在现代医疗骨质疏松筛查中，超声骨密度仪的发射探头 与接收探头 紧贴在受测者小腿骨两侧。
图 7 医用超声骨密度穿透检测示意图
探头 发出一束微秒级超声波脉冲，超声波垂直穿透厚度为 的骨骼后被探头 接收，测得超声波在骨骼中传播的时间为 t=1.25×10-5s。求超声波在该骨骼组织中的传播速度 。
【雷雨天气闪电与雷声测距】在炎热的夏季雷雨天，小明在窗前看到远处一道强烈的闪电划破天空，经过 后听到了隆隆的雷声。已知空气中的声速为 ，光速极大（c=3.0×108m/s），光传播的时间可忽略不计。求雷电发生处距离小明的直线距离 。
【铁路钢轨敲击双声传播时间差】如图 8 所示，长为 的平直铁路长钢轨正在进行安全检修。
图 8 铁路钢轨敲击双声传播模型图
检修工人在钢轨一端用铁锤用力敲击一下钢轨，另一名工人在钢轨另一端将耳朵贴近钢轨听音，先后听到了两次敲击声。已知声音在钢轨中的传播速度为 ，在周围空气中的传播速度为 。求两次敲击声传到听者耳朵的时间间隔 （结果保留两位小数）。
【空心长水管三次敲击声分析】一根足够长的长水管内部充满水。若在长水管的一端用力敲击一次，在足够远的另一端将耳朵贴紧水管管壁听音，理论上最多可以听到 ________ 次敲击声；其中最先听到的声音是由 ________ 介质传播过来的。
【高速动车背离山崖鸣笛】一列和谐号高速动车以 的速度背离高大山壁沿直线匀速行驶。列车在鸣笛后经过 听到回声。已知空气中声速 。求动车鸣笛处与山壁之间的距离 。
【气象多普勒雷达与声波频移定性理解】当一辆急救车鸣笛呼啸着迎面驶来时，路旁静止的行人听到的警报声音调比急救车静止时更 ________（选填“高”或“低”）；当急救车远离行人而去时，行人听到的警报声音调变 ________。这种由于波源与观察者相对运动引起接收频率变化的现象在物理学中称为多普勒效应。
【综合压轴：双耳效应与声源定位时差模型】人脑能够通过双耳定位空间声源的位置。某声源位于两耳连线的垂直平分线一侧，声源发出的声波到达左耳的时间为 ，到达右耳的时间为 。已知两耳间距为 ，当时空气声速为 。若声波传到两耳的时间差为 ，求声源到达两耳的路程差 。
参考答案
专题一：声音的产生机理与微观振动转换法（微小振动放大与发声体辨析）
1.【微小振动转换放大法】
【答案】（1）发声的音叉正在振动（或声音是由物体振动产生的）　（2）转换法　（3）手按住叉股使音叉振动停止，发声随即停止（振动停止，发声也停止）
【解析】
（1）音叉发声时的振动幅度极小，肉眼不易直接观察；将悬挂的轻质乒乓球紧贴音叉叉股，乒乓球被多次弹开，直观地证明了发声的音叉正在振动。
（2）物理学中对于微小、不易直接观察的物理现象，通过将其转换为宏观、明显的现象进行观察研究的方法，称为“转换法”。
（3）声音是由物体的机械振动产生的，振动停止，物体的发声也随即停止。用手紧按叉股强行阻止了音叉的振动，因此声音立即消失。
2.【传统民乐器发声主体辨析】
【答案】C
【解析】
A 项，竹笛属于管乐器，其清脆笛声是由笛管内部的空气柱振动产生的，并非竹质管壁振动，A 错误；
B 项，二胡属于弦乐器，其琴声是由琴弦受弓摩擦振动发声，并通过琴筒共鸣箱放大，发声体是琴弦，B 错误；
C 项，编钟属于打击乐器，敲击时钟体受撞击发生振动而发出浑厚的声音，发声体是青铜钟体本身，C 正确；
D 项，古筝琴弦振动产生声音，按住琴弦后琴弦振动停止，声音立即停止，D 错误。
专题二：声音的介质传播与声速规律（真空不传声、固液气声速对比与回声效应）
3.【理想实验推理：真空不能传声】
【答案】（1）变小　（2）玻璃钟罩密封不严（存在残留气体）或泡沫塑料与底座仍有少量固体传声　（3）真空不能传声（声音的传播需要介质）
【解析】
（1）随着抽气机不断抽出钟罩内的空气，钟罩内传声的介质（气体分子密度）逐渐减少，因此听到的音乐声响度逐渐变小。
（2）在实际操作中，很难将钟罩内抽成绝对真空，且底部的软垫和底座仍会通过固体传导极少量的声波振动，因此仍能听到微弱的声音。
（3）在实验现象的基础上，运用科学逻辑进行极限推理：若钟罩内部被完全抽成绝对真空状态，将完全听不到声音。由此得出结论：声音的传播需要介质，真空不能传声。
4.【空间站舱内外声通信】
【答案】B
【解析】
空间站核心舱内部充有与地面类似的气压和空气介质，因此航天员可以正常通过空气传播声波进行面对面交谈；而太空舱外是超高真空环境，真空无法传播声波，声波无法在真空中传递，因此航天员在舱外必须依靠能够在真空中传播的电磁波（无线电）进行通信，故 B 正确。
5.【介质与温度对声速的影响】
【答案】（1）大（或快）　（2）固体
【解析】
（1）分析空气在 （）、（）、（）下的数据可知：在同种介质中，温度越高，声音的传播速度越大。
（2）分析 时空气（）、水（）、钢铁（）的数据可知：在相同温度下，，声音在固体中的传播速度通常显著大于液体和气体。
6.【回声分辨的时间条件】
【答案】
【解析】
人耳能区分回声与原声的最小时间间隔为 。声波从人发出、传播到高墙再反射回人耳传播的总路程为 ：
。
人到高墙的单程最小直线距离为总路程的一半：
专题三：声音的三大特性深度解构（音调、响度、音色及示波器波形辨析）
7.【示波器波形图深度解构】
【答案】（1）音调（或频率）；响度（或振幅）　（2）音调　（3）音色
【解析】
（1）甲和乙波形图在水平方向上的波峰疏密程度相同（周期相同、振动快慢相同），说明振动频率相同，即音调相同；但乙图在竖直方向上的振动幅度显著大于甲图，说明乙图的振幅大，响度较大。
（2）丙图波形在水平方向上密集得多，在相同时间内完成振动的次数明显多于甲图，说明丙图声音的振动频率高，即音调高。
（3）丁图的波形整体曲线形态（泛音分布）与甲图不同，反映出发声体的材料或内部结构不同，即音色不同。
8.【智慧手机音频分析与声纹识别】
【答案】音色；音调（或振动快慢）
【解析】
不同人声带的结构、厚薄及共鸣腔体不同，发出声音的波形与音色具有唯一特征，“闻其声而知其人”主要依据音色；物理学中声音频率（）表示发声体每秒振动的次数，直接决定声音的音调高低。
9.【超低音炮与高音喇叭】
【答案】音调；响度
【解析】
低音炮振膜振动频率慢，发出的是音调较低的声音；重击鼓面时鼓面上下振动的位移偏离平衡位置的幅度极大（振幅大），因此发出声音的响度大。
10.【钢尺探究音调与响度影响因素】
【答案】（1）响度；振幅（或用力大小）　（2）低
【解析】
（1）钢尺伸出长度 不变，用大小不同的力拨动，改变的是钢尺偏离桌面的振动幅度（振幅），观察响度变化，探究的是响度与振幅的关系。
（2）保持力度相同，伸出桌面的钢尺长度越长，其振动部分的质量越大、惯性越大，振动越慢，振动频率越低，人耳听到的音调越低。
专题四：现代科技与声的利用（传递信息 vs 传递能量）
11.【声利用类型科学分类】
【答案】C
【解析】
A 项多普勒彩超、B 项超声波探伤、D 项次声波监测均属于通过声波携带的特征来获取目标的状态，属于“声传递信息”；C 项利用高能量超声波聚焦剧烈震荡击碎结石，引起了物质形态的物理变化，属于“声传递能量”，故 C 正确。
12.【蝙蝠回声定位与仿生技术】
【答案】超声波；声呐
【解析】
蝙蝠发出频率高于 的超声波脉冲并接收反射回声来实现精准定位与避障，人类依据此仿生原理研制了水下声呐设备。
13.【人耳听觉范围与次声波预警】
【答案】次声
【解析】
频率低于 的声波称为次声波，其波长极长、穿透力强且不易衰减，自然界的地震、海啸、火山爆发都会伴随强烈次声波产生。
专题五：噪声的危害与前沿控制技术（声源处、传播中、人耳处及ANC主动降噪）
14.【ANC 主动降噪耳机相消原理】
【答案】（1）人耳处（或受耳处）　（2）传播过程中　（3）；
【解析】
（1）传统隔音耳罩直接戴在人耳外侧阻止声音进入耳道，属于在人耳处减弱噪声。
（2）ANC 耳机发射反向声波，是在空间声波传播介质中与噪声相遇叠加相消，属于在传播过程中减弱噪声。
（3）根据国家环境保护标准：为了保证工作和学习，声音不能超过 ；为了保证休息和睡眠，声音不能超过 。
15.【城市与工程降噪措施分类】
【答案】B
【解析】
A 项高架隔音板、D 项绿化带均是在“传播过程中”减弱噪声；C 项防噪耳罩是在“人耳处”减弱噪声；B 项排气管消声器直接安装在内燃机声源排气口抑制气流噪声产生，属于在“声源处”控制噪声，故 B 正确。
16.【国产 C919 大飞机座舱声学设计】
【答案】传播过程中
【解析】
飞机机身壁板内的吸音材料位于发动机等噪声源与机舱乘客之间，阻断并吸收声波的传递，属于在传播过程中减弱噪声。
专题六：声速与回声定位综合物理计算（万米深潜声呐、双声传播与声学测量）
17.【“奋斗者”号万米深潜声呐测深】
【答案】
【解析】
超声波由潜水器垂直发射到海沟底部再反射回到潜水器，经历的总时间为 。
超声波在深海中往返传播的总路程为：
潜水器悬停位置距离海沟底部的垂直深度 为单程距离：.
18.【汽车鸣笛迎面驶向峭壁测距】
【答案】（1）　（2）　（3）
【解析】
（1）在 时间内，声音在空气中传播的总路程为：
（2）在 时间内，汽车迎面驶向悬崖前进的路程为：
由空间相向运动模型可知，声音传播路程与汽车前进路程之和等于鸣笛瞬间汽车距悬崖初始距离 的 2 倍：
鸣笛时汽车距悬崖的初始距离为：
（3）听到回声时，汽车已向前行驶了 ，此时汽车距悬崖的实际剩余距离为：
。
19.【医用超声骨密度检测仪测厚模型】
【答案】
【解析】
超声波单向垂直穿透骨骼的厚度为 ，传播用时
根据速度公式可得超声波在骨骼中的传播速度为：.
20.【雷雨天气闪电与雷声测距】
【答案】（或 ）
【解析】
光在空气中的传播速度约为 3.0×108m/s,传播数千米所需时间仅为微秒级，可忽略不计。因此闪电发生到听到雷声的时间 即为声波在空气中的传播时间。
雷电发生处距离小明的直线距离为：
21.【铁路钢轨敲击双声传播时间差】
【答案】
【解析】
钢轨长度 。
声音沿钢轨固体介质传播到另一端所需的时间为：
声音沿空气介质传播到另一端所需的时间为：
两次敲击声传到听者耳朵的时间间隔为：
22.【空心长水管三次敲击声分析】
【答案】3；铁管（或水管管壁固体）
【解析】
长水管中存在三种传声介质：铁质管壁（固体）、管内充满的水（液体）、水管周围的空气（气体）。因为 ，敲击声沿三种介质分别传播，在足够远端先后到达，故理论上最多可听到 3 次声响；其中最先到达的是在固体铁管中传播的声音。
23.【高速动车背离山崖鸣笛】
【答案】
【解析】
在 内，声音传播的总路程为：
。
动车背离山崖行驶的路程为：
。
动车背离山崖行驶时，声音去程传向山崖、回程追赶动车，满足空间关系：
。
鸣笛处距山崖的初始距离为：
。
24.【气象多普勒雷达与声波频移定性理解】
【答案】高；低
【解析】
根据多普勒效应：当发声波源向观察者靠近时，观察者单位时间内接收到的声波个数增加（接收频率变高），听到的音调变高；当发声波源远离观察者时，单位时间内接收到的声波个数减少（接收频率变低），听到的音调变低。
25.【综合压轴：双耳效应与声源定位时差模型】
【答案】（或 ）
【解析】
声波在空气中匀速传播，声源到达左右两耳的路程差为 。
由路程公式 可得：
。
代入数据计算可得声波到达两耳的路程差为：
。

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