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电子课文·一 声音的产生与传播

声的产生
婴儿从呱呱坠地的那时起，就无时无刻不在与声(sound)打交道．上面图中各是什么物体在发声？你知道物体发声时的共同特征吗？
探究

声是怎样产生的？

做各种活动，使物体发声．
观察、思考、总结发声物体的共同特征．
声是由物体的振动(vibration)产生的：说话时声带在振动；敲鼓时鼓面在振动；风吹树叶哗哗响，树叶在振动．
想想议议
物体振动发声的现象真是太多了，你能向同学们说出一些比较新奇的发声现象吗？例如，蝉(图1．1－2)是怎样发声的？
振动可以发声．如果将发声的振动记录下来，需要时再让物体按照记录下来的振动规律去振动，就会产生与原来一样的声音，这样就可以将声音保存下来．图1．1－3是早期机械唱片表面的放大图．从图片上可以看到唱片上的一圈圈不规则的沟槽．当唱片转动时，唱针随着划过的沟槽振动，这样就把记录的声音重现出来．随着技术的进步，人们还发明了用磁带和激光唱盘记录声音的方法．
声音的传播
声音怎样向远处传播？
探究
●提出问题
声怎样从发声的物体传播到远处？
●猜想和假说
声要传播出去，可能需要什么东西来作媒介．
●进行实验
1．把两张课桌紧紧地挨在一起．一个同学轻敲桌面，另一个同学把耳朵贴在另一张桌子上．
2．两张桌子离开一个小缝，再试一试．
声的传播需要物质，物理学中把这样的物质叫做介质(medium)．
但是有时候好像没有介质也能听到声音．比如雷声，似乎没有什么东西把它传递来呀．雷声的传播不需要介质吗？
演示
如图1．1－4，把正在响铃的闹钟放在玻璃罩内，逐渐抽出其中的空气，注意声音的变化．
再让空气逐渐进入玻璃罩内，注意声音的变化．
空气也是传声的介质．如果云和我们的耳朵之间是真空，大家就听不到雷声了．我们周围充满了空气，空气为人类、动物传递信息提供了便利条件．因此，地球上的动物大多具有听觉．
声在空气中怎样传播呢？以击鼓为例．鼓面向左振动时压缩左侧的空气，使得这部分空气变密；鼓面向右振动时，又会使左侧的空气变稀疏．鼓面不断左右振动，空气中就形成了疏密相间的波动，向远处传播(图1．1－6)．这个过程和水波的传播相似．用一支铅笔不断轻点水面，水面就会形成一圈一圈的水波，不断向远处传播．因此，声也是一种波，我们把它叫做声波(sound wave)．
想想议议
我们已经知道固体和气体都可以传声．那么，声能在液体中传播吗？你能找出事实或做实验来支持你的说法吗？
声速
对着高墙或山崖喊话，要过一会儿才能听到回声，这说明声的传播需要一定的时间，声在每秒内传播的距离叫做声速．声速跟介质的种类有关，还跟介质的温度有关．15℃时空气中的声速是340m/s[1]．
小数据
想想做做
全班同学分成若干小组，每组想出一个测量声速的方法，并实际测量．通过评估看看哪个组的方法更合适，测得的声速更接近当时的真实值．
动手动脑学物理
1．我们已经知道声是由振动的物体发出的．但有的时候，比如敲桌子时，我们能听到声音，却看不见桌子的振动．你能想办法证明桌子发声时也在振动吗？
2．北京到上海的距离约为1000km．假设声音在空气中能够传得这么远，那么从北京传到上海需要多长时间？火车从北京到上海需要多长时间？大型喷气式客机呢？自己查找所需的数据，进行估算．
3．将耳朵贴在长铁管的一端，让另外一个人敲一下铁管的另一端，你会听到几个敲打的声音？亲自试一试，并说出其中的道理．

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电子课文·三 声音的特性

音调
我们接触到的声音各种各样，有的听起来音调(pitch)高，有的听起来音调低．声音为什么会有音调高低的不同？
探究
●提出问题
什么因素决定音调的高低？
●设计实验和进行实验
如图1．3－1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，同时注意钢尺振动的快慢．改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动．注意使钢尺两次的振动幅度大致相同．
●分析和论证
比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调．
物体振动得快，发出的音调就高，振动得慢，发出的音调就低．可见发声体振动的快慢是一个很重要的物理量，它决定着音调的高低．物理学中用每秒内振动的次数——频率(frequency)来描述物体振动的快慢，频率决定声音的音调．频率的单位为赫兹(hertz)，简称赫，符号为Hz．物体在1s的时间里如果振动100次，频率就是100Hz．
人能感受的声音频率有一定的范围．大多数人能够听到的频率范围从20Hz到20000Hz．人们把高于20000Hz的声音叫做超声波(supersonic wave)，因为它们已超过人类听觉的上限；把低于20Hz的声音叫做次声波(infrasonic wave)，因为它们已低于人类听觉的下限．
动物的听觉范围通常和人不同．一些动物对高频声波反应灵敏．或许你曾经注意过，有时在你认为很静，没有任何声音时，猫却突然表现得非常警惕．猫能够听到的频率范围是60Hz～65000Hz，狗能够听到的频率范围是15Hz～50000Hz，海豚能听到声音的上限是150000Hz．
有些动物对低频声波有很好的反应．还记得吗，本章开始时说过“大象可以用人类听不到的‘声音’进行交流”，实际上，大象的语言对人类来说就是一种次声波．大自然的许多活动，如地震、火山喷发、台风等，都伴有次声波产生．一些机器在工作时，也会产生人耳听不到的次声波．有些次声波对人体的健康有害．
演示
观察声波的波形
将音叉发出的声音信号输入到示波器上，观察不同频率音叉声音的波形．再将男女同学的声音信号输入，比较波形．
想想议议
振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声？
响度
声音有音调的不同，也有强弱的不同．物理学中，声音的强弱叫做响度(loudness)．什么因素决定声音的响度呢？
探究
●提出问题
响度与什么因素有关？
●设计实验和进行实验
如图1．3－4，将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开的幅度．
使音叉发出不同响度的声音，重做上面的实验．
响度和什么因素有关？
物理学中用振幅(amplitude)来描述物体振动的幅度．物体的振幅越大，产生声音的响度越大．
音色
频率的高低决定声音的音调．但是，不同的物体发出的声音，即便音调相同，我们还是能够分辨它们．这表明在声音的特征中还有一个因素是十分重要的，它就是音色(musical quality)．不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色也就不同．
想想做做
听不同的乐器演奏音调相同的声音，例如分别用口琴和笛子演奏C调的1(dou)．也可以听不同乐器演奏的同一首乐曲，如分别用小提琴和二胡演奏的《二泉映月》．
音调相同、音色不同的声音，它们的波形有什么区别？
演示
观察波形
将话筒接在示波器的输入端，用不同的乐器对着话筒发出相同音调的声音，例如都发C调的1(dou)，比较各波形有何异同．
想想做做
用录音机录下一段自己朗读课文的声音，和同学一起听听这段录音．你认为放出来的声音和自己的声音一样吗？别的同学认为一样吗？想想看，这是为什么？
如果对自己的猜想有疑问，请到图书馆查找有关的资料，或者向老师请教，把问题弄清楚．
科学世界

乐音和乐器

乐音 声音是多种多样的．许多声音悠扬、悦耳，听到时感觉非常舒服，例如歌唱家的歌声、演奏家演奏的乐曲声．人们把这类声音叫做乐音．
从上面钢琴和长笛的波形图中可以看出，乐音的波形是有规则的．
乐器 为了欣赏各种乐音，千百年来世界各地、各民族的人民发明了各种各样的乐器．虽然各种乐器看上去千差万别，演奏方式和音乐风格也各不相同，但所有这些乐器的物理原理都是一样的：通过振动发出声音．
乐器可以分为三种主要的类型：打击乐器、弦乐器和管乐器．
打击乐器 鼓、锣等乐器受到打击时发生振动，产生声音．以鼓为例，鼓皮绷得越紧，振动得越快，音调就越高．击鼓的力量越大，鼓皮的振动幅度就越大，声音就越响亮．
弦乐器 二胡、小提琴和钢琴通过弦的振动发声．长而粗的弦发声的音调低，短而细的弦发声的音调高．绷紧的弦发声的音调高，不紧的弦发声的音调低．弦的振动幅度越大，声音就越响．弦乐器通常有一个木制的共鸣箱来使声音更洪亮．
管乐器 长笛、萧等乐器，包含一段空气柱，吹奏时空气柱振动发声．抬起不同的手指，就会改变空气柱的长度，从而改变音调．长的空气柱产生低音，短的空气柱产生高音．各种号也是常见的管乐器．
动手动脑学物理
1．如果你家中有乐器，观察一下它是怎样发出声音的，又是怎样改变音调和响度的．
2．制作音调可变的哨子．
在筷子上捆一些棉花(或碎布)，做一个活塞．用水蘸湿棉花后插入两端开口的塑料管或竹管中．用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨音．上下推拉“活塞”，音调就会改变(图1．3－7)．你能练着用它吹出一首歌吗？
3．某种昆虫靠翅的振动发声．如果这种昆虫的翅在2s内做了700次振动，频率是多少？人类能听到吗？
4．小小音乐会．
每人制作一件小乐器，在班里举行的小型音乐会上用自己制作的乐器进行演奏．看谁的乐器有新意，谁演奏得好．
8个相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲击它们，就可以发出出，

电子课文·三 声音的特性

音调
我们接触到的声音各种各样，有的听起来音调(pitch)高，有的听起来音调低．声音为什么会有音调高低的不同？
探究
●提出问题
什么因素决定音调的高低？
●设计实验和进行实验
如图1．3－1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，同时注意钢尺振动的快慢．改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动．注意使钢尺两次的振动幅度大致相同．
●分析和论证
比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调．
物体振动得快，发出的音调就高，振动得慢，发出的音调就低．可见发声体振动的快慢是一个很重要的物理量，它决定着音调的高低．物理学中用每秒内振动的次数——频率(frequency)来描述物体振动的快慢，频率决定声音的音调．频率的单位为赫兹(hertz)，简称赫，符号为Hz．物体在1s的时间里如果振动100次，频率就是100Hz．
人能感受的声音频率有一定的范围．大多数人能够听到的频率范围从20Hz到20000Hz．人们把高于20000Hz的声音叫做超声波(supersonic wave)，因为它们已超过人类听觉的上限；把低于20Hz的声音叫做次声波(infrasonic wave)，因为它们已低于人类听觉的下限．
动物的听觉范围通常和人不同．一些动物对高频声波反应灵敏．或许你曾经注意过，有时在你认为很静，没有任何声音时，猫却突然表现得非常警惕．猫能够听到的频率范围是60Hz～65000Hz，狗能够听到的频率范围是15Hz～50000Hz，海豚能听到声音的上限是150000Hz．
有些动物对低频声波有很好的反应．还记得吗，本章开始时说过“大象可以用人类听不到的‘声音’进行交流”，实际上，大象的语言对人类来说就是一种次声波．大自然的许多活动，如地震、火山喷发、台风等，都伴有次声波产生．一些机器在工作时，也会产生人耳听不到的次声波．有些次声波对人体的健康有害．
演示
观察声波的波形
将音叉发出的声音信号输入到示波器上，观察不同频率音叉声音的波形．再将男女同学的声音信号输入，比较波形．
想想议议
振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶翅膀振动发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声？
响度
声音有音调的不同，也有强弱的不同．物理学中，声音的强弱叫做响度(loudness)．什么因素决定声音的响度呢？
探究
●提出问题
响度与什么因素有关？
●设计实验和进行实验
如图1．3－4，将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开的幅度．
使音叉发出不同响度的声音，重做上面的实验．
响度和什么因素有关？
物理学中用振幅(amplitude)来描述物体振动的幅度．物体的振幅越大，产生声音的响度越大．
音色
频率的高低决定声音的音调．但是，不同的物体发出的声音，即便音调相同，我们还是能够分辨它们．这表明在声音的特征中还有一个因素是十分重要的，它就是音色(musical quality)．不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色也就不同．
想想做做
听不同的乐器演奏音调相同的声音，例如分别用口琴和笛子演奏C调的1(dou)．也可以听不同乐器演奏的同一首乐曲，如分别用小提琴和二胡演奏的《二泉映月》．
音调相同、音色不同的声音，它们的波形有什么区别？
演示
观察波形
将话筒接在示波器的输入端，用不同的乐器对着话筒发出相同音调的声音，例如都发C调的1(dou)，比较各波形有何异同．
想想做做
用录音机录下一段自己朗读课文的声音，和同学一起听听这段录音．你认为放出来的声音和自己的声音一样吗？别的同学认为一样吗？想想看，这是为什么？
如果对自己的猜想有疑问，请到图书馆查找有关的资料，或者向老师请教，把问题弄清楚．
科学世界

乐音和乐器

乐音 声音是多种多样的．许多声音悠扬、悦耳，听到时感觉非常舒服，例如歌唱家的歌声、演奏家演奏的乐曲声．人们把这类声音叫做乐音．
从上面钢琴和长笛的波形图中可以看出，乐音的波形是有规则的．
乐器 为了欣赏各种乐音，千百年来世界各地、各民族的人民发明了各种各样的乐器．虽然各种乐器看上去千差万别，演奏方式和音乐风格也各不相同，但所有这些乐器的物理原理都是一样的：通过振动发出声音．
乐器可以分为三种主要的类型：打击乐器、弦乐器和管乐器．
打击乐器 鼓、锣等乐器受到打击时发生振动，产生声音．以鼓为例，鼓皮绷得越紧，振动得越快，音调就越高．击鼓的力量越大，鼓皮的振动幅度就越大，声音就越响亮．
弦乐器 二胡、小提琴和钢琴通过弦的振动发声．长而粗的弦发声的音调低，短而细的弦发声的音调高．绷紧的弦发声的音调高，不紧的弦发声的音调低．弦的振动幅度越大，声音就越响．弦乐器通常有一个木制的共鸣箱来使声音更洪亮．
管乐器 长笛、萧等乐器，包含一段空气柱，吹奏时空气柱振动发声．抬起不同的手指，就会改变空气柱的长度，从而改变音调．长的空气柱产生低音，短的空气柱产生高音．各种号也是常见的管乐器．
动手动脑学物理
1．如果你家中有乐器，观察一下它是怎样发出声音的，又是怎样改变音调和响度的．
2．制作音调可变的哨子．
在筷子上捆一些棉花(或碎布)，做一个活塞．用水蘸湿棉花后插入两端开口的塑料管或竹管中．用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨音．上下推拉“活塞”，音调就会改变(图1．3－7)．你能练着用它吹出一首歌吗？
3．某种昆虫靠翅的振动发声．如果这种昆虫的翅在2s内做了700次振动，频率是多少？人类能听到吗？
4．小小音乐会．
每人制作一件小乐器，在班里举行的小型音乐会上用自己制作的乐器进行演奏．看谁的乐器有新意，谁演奏得好．
8个相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲击它们，就可以发出出，

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电子课文·二 我们怎样听到声音

人耳的构造
人靠耳朵听声音，那么耳朵通过什么途径感知声音呢？
生物课上大家已经知道人们感知声音的基本过程，即外界传来的声音引起鼓膜振动，这种振动经过听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信号传给大脑，这样人就听到了声音(图1．2－1)．
在声音传递给大脑的整个过程中，任何部分的障碍(例如鼓膜、听小骨或听觉神经损坏)，人都会失去听觉．但是如果只是传导障碍，而又能够想办法通过其他途径将振动传递给听觉神经，人也能够感知声音．
想想做做
1．将振动的音叉放在耳朵附近，听音叉的声音．
2．用手指将耳朵堵住，再听音叉的声音．
3．请同学用手指将自己的耳朵堵住，把振动的音叉的尾部先后抵在前额、耳后的骨头和牙齿上，看看能否听到音叉的声音．
讨论：在这几种情况下，人是如何听到声音的？
声音通过头骨、颌骨也能传到听觉神经，引起听觉．科学中把声音的这种传导方式叫做骨传导．一些失去听觉的人可以利用骨传导来听声音．据说，音乐家贝多芬耳聋后，就是用牙咬住木棒的一端，另一端顶在钢琴上来听自己演奏的琴声，从而继续进行创作的．
科学世界

双耳效应

眼睛常用来确定发声物体的位置，但如果你将双眼蒙上，也能大致确定发声体的方位，这是为什么？这是因为人有两只耳朵，而不是一只．声源到两只耳朵的距离一般不同，声音传到两只耳朵的时刻、强弱及其他特征也就不同．这些差异就是判断声源方向的重要基础．这就是双耳效应．
正是由于双耳效应，人们可以准确地判断声音传来的方位，所以说，我们听到的声音是立体的．但是如果只用一个话筒将舞台上的声音放大后播放出来，我们听到的就不再是立体的声音．要想重现舞台上的立体声，使我们有身临其境的感觉，可以把两只话筒放在左右不同的位置(相当于人的两只耳朵)，用两条线路分别放大两路声音信号，然后通过左右两个扬声器播放出来．这样，我们就会感到不同的声音是从不同的位置传来的，这就是常说的双声道立体声(图1．2－3)．
如果想得到更好的立体声音的效果，可以在声源的四周多放几只话筒，在听众的四周对应地多放几只扬声器，这样听众就会感到声音来自四面八方，立体效果就更好．
动手动脑学物理
1．许多立体声收音机有“STEREO－MONO”开关(图1．2－4)．开关处于STEREO位置时放出的声音和电台播出的一样，是立体声；而处于MONO位置时收音机把两个声道的信号合成一个声道，没有立体声的效果．
找一台立体声收音机，试一试这个开关的作用(使用耳机效果更明显)．向有经验的人请教：既然立体声更为逼真，为什么还要设置这样的开关？
2．阅读助听器的说明书或查找其他资料，了解助听器的工作原理和主要的性能指标．
留心观察或向成年人了解近年来助听器的普及情况，试着找一找产生这种变化的原因．
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电子课文·五 声的利用

声与信息
远处隆隆的雷声预示着一场可能的大雨；铁路工人用铁锤敲击钢轨，会从异常的声音中发现松动的螺栓；医生通过听诊器可以了解病人心、肺的工作状况；古代雾中航行的水手通过号角的回声能够判断悬崖的距离．这些都是声传递信息的例子．实际上，通过声所能获得的信息远不止这些．
蝙蝠通常只在夜间出来活动、觅食．但它们从来不会撞到墙壁、树枝上，并且能以很高的精度确认目标．它们的这些“绝技”靠的是什么？原来蝙蝠在飞行时会发出超声波，这些声波碰到墙壁或昆虫时会反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠可以确定目标的位置和距离．它们甚至还能通过反射回来的声波判断出是蛾子还是苍蝇呢！
蝙蝠采用的方法叫做回声定位．根据回声定位的原理，科学家发明了声呐．利用声呐系统，人们可以探知海洋的深度，绘出水下数千米处的地形图．捕鱼时渔民利用声呐来获得水中鱼群的信息．
中医诊病通过“望、闻、问、切”四个途径，其中“闻”就是听．这是利用声音诊病的最早的例子．现在，利用超声波可以更准确地获得人体内部疾病的信息．医生向病人体内发射超声波，同时接收体内脏器的反射波，反射波所携带的信息通过处理后显示在屏幕上．这就是平时说的“B超”．超声探查对人体没有伤害．利用超声波为孕妇作常规检查，可以确定胎儿的发育状况(图1．5－4)．
声与能量
把一块石头扔进水里，可以看到一圈一圈的波纹向四周散去，水面上的树叶也随之起伏．我们说，石头的能量通过水波传给了树叶．声波是一种波动，那么，声波能传递能量吗？
演示
声波能传递能量吗？
去掉罐头盒两端的盖子，在一端蒙上橡皮膜，用橡皮筋扎紧．对着火焰敲橡皮膜，火焰会摇动吗？
声波传递能量的性质可以应用在很多方面．
声波可以用来清洗钟表等精细的机械．把被清洗的物体放在清洗液里，超声波穿过液体并引起激烈的振动，振动把物体上的污垢敲击下来而不会损坏被洗的物体．使用超声波是因为它产生的振动比可闻声更加强烈．
外科医生可以利用超声振动除去人体内的结石．向人体内的结石发射超声波，结石会被击成细小的粉末，从而可以顺畅地排出体外．
动手动脑学物理
学过声现象这一章后，请结合学过的知识，再加上你丰富的想像，写一篇“无声的世界”或类似题目的科学作文．
北京天坛的回音壁．人站在圆形围墙内附近说话，声音经过多次反射，可以在围墙的任何位置听到．天坛的许多建筑都反映出我国古代高水平的建筑声学．
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电子课文·四 噪声的危害和控制

声音多种多样．优美的乐音令人心情舒畅，而杂乱的声音——噪声(noise)则令人心烦意乱．噪声是严重影响我们生活的污染之一．噪声是怎样产生的？它对人有哪些危害？怎样才能有效地防止或减弱噪声？
噪声的来源
噪声是发声体做无规则振动时发出的声音．
演示
观察噪声的波形
利用示波器观察铁钉刮玻璃时产生的噪声的波形，并与音叉声音的波形做比较．
从环境保护的角度看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音，都属于噪声．从这个意义上说，噪声的来源是非常多的．街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声，以及邻居电视机过大的声音，都是噪声．
噪声的等级和危害
人们以分贝(decibel，符号是dB)为单位来表示声音的强弱．0 dB是人刚能听到的最微弱的声音；30 dB～40 dB是较为理想的安静环境；70 dB会干扰谈话，影响工作效率；长期生活在90 dB以上的噪声环境中，听力会受到严重影响并产生神经衰弱、头疼、高血压等疾病；如果突然暴露在高达150 dB的噪声环境中，鼓膜会破裂出血，双耳完全失去听力．
为了保护听力，声音不能超过90 dB；为了保证工作和学习，声音不能超过70 dB；为了保证休息和睡眠，声音不能超过50 dB．
下表给出了一些声强的分贝数和人们相应的感觉．
控制噪声
噪声会严重影响人们的工作和生活，因此控制噪声十分重要．我们知道，声音从产生到引起听觉有这样三个阶段：
声源的振动产生声音——空气等介质的传播——鼓膜的振动
因此，控制噪声也要从这三个方面着手，即防止噪声产生、阻断它的传播、防止它进入耳朵．图1．4－4中控制噪声的措施分别属于哪一类？
动手动脑学物理
调查一下校园里或者你家周围有什么样的噪声．应该采取什么控制措施？
和班里的同学进行交流，看看谁的调查更细，采取的措施更好．

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