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微专题2-2 声音的传播速度问题
知识·解读
一、产生：声音是由于物体的振动产生的。
二、声音是以声波的形式向四周传播。
大量的实验表明：声音的传播需要物质，物理学中把这样的物质叫做介质；
传声的介质即可以是气体、固体，也可以是液体；真空不能传声。
三、总结
1、声速是描述声音传播快慢的物理量 ，它的大小等于声音在每秒内传播的距离。
2、声速大小与介质的种类和介质的温度有关。15 ℃时空气中的声速是340m/s。
3、回声：声音在传播过程中遇到障碍物被反射回来而形成的。如果回声到达人耳比原声晚0.1 s以上，人耳能把回声跟原声区分开来；回声到达人耳比原声晚不足0.1 s ，最终回声和原声混在一起使原声加强。
二级结论：人耳能把回声跟原声区分开来，障碍物距听者至少为17 m(空气中的声速为340 m/s)。
典例·解读
例1、若声音在海水中的传播速度为1500m/s，利用回声定位原理从海面竖直向海底发射超声波，到接受回声所用时间为4s，那么该处海洋的深度为多少？
例2、一辆汽车以15m/s的速度正对山崖行驶，鸣笛后2s听到回声，问：
（1）鸣笛处距山崖离多远？（2）听到回声时，距山崖多远？
培优·训练
一、选择题
1、人耳能分清前后两个声音的时间间隔应大于0.1s，据此，要想听到回声，人离障碍物的距离应（?）
A .大于17m B .小于17m C .大于34m D .小于34m
2、2015年1月，科学家在南极洲发现一个陨石凹坑，形状如圆形平底锅，如图所示．小明在圆心A点大喊一声，经过6s听到回声．设空气中声速为340m/s，圆形凹坑的直径为（　　）
A .510m B .1020m C .2040m D .4080m
第2题图 第3题图
3、马航客机MH370失联后，中国派出多艘舰船到南太平洋海域进行水下搜寻，其中用到“超声测位仪”，其原理如图所示，发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时．超声波在传播途中碰到障碍物被反射，接收器收到反射波就停止计时．设某次搜寻中计时器记录的时间为t，（已知电磁波在空中和海水中的传播速度分别为C1和C2；声波在空中和海水中的速度分别为V1和V2）则发射点与水中疑似物之间距离为（　　）
A、 B、 C、 D、
二、填空与阅读题
1、在百米赛跑中，甲、乙两个记时员，分别从看到发令枪冒烟和听到枪声开始记时同一运动员的成绩，则______记录的成绩较准确；若甲记录的成绩为11.3s，则乙记录的成绩约为______s（保留整数）．
2、一辆长280m的火车驶向一座高山要进入隧道，司机鸣笛后2s钟听到回声，若火车的行驶速度为20m/s，则鸣笛时火车离高山距离为______m，听到回声后还需______s火车全部进入隧道．
3、阅读短文，回答问题：
声 呐
光波在水中衰减较快，一般水下几十米深处光线就很差，电磁波在水中衰减也很快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米．然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海中爆炸一个几千克的炸弹，在两万公里外还可以收到信号。
2009年2月，法国核潜艇“凯旋”号和英国核潜艇“前卫”号在大西洋相撞一潜艇“遭受撞击和刮伤”，另一潜艇“声纳罩部分”严重受损．均配备先进声呐系统的两艘核潜艇，竟将“几百万分之一”的相撞机率变为现实。经调查，双方发生碰撞的原因之一可能是为了减少自身发出的噪音而关闭了声呐系统。
声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用广泛的一种重要装置。
声呐能够向水中发射声波，声波的频率大多在10kHz﹣30kHz之间，由于这种声波的频率较高，可以形成较强指向性。声波在水中传播时，如果遇到潜艇、水雷、鱼群等目标，就会被反射回来，反射回来的声波被声呐接收，根据声信号往返时间可以确定目标的距离。声呐发出声波碰到的目标如果是运动的，反射回来的声波（下称“回声”）的音调就会有所变化，它的变化规律是：如果回声的音调变高，说明目标正向声呐靠拢；如果回声的音调变低，说明目标远离声呐．
请回答以下问题：
（1）关于声呐所发出的波下列说法正确的是_______；　
A．电磁波??? B．超声波? ?? C．次声波?? ? D．光波
（2）人能够感受到声呐发出的波的频率范围是_______kHz到_______kHz；
（3）停在海水中的潜艇A监测到离它7500m的潜艇B，并持续监控潜艇B，接到潜艇B反射回来的声波频率是变高的，且测出潜艇B的速度是20m/s，方向始终在潜艇A、B的连线上，经一分钟后潜艇B与潜艇A的距离变为_______m；
（4）下列有关说法不正确的是_______。　?　
A．声呐系统是通过发射声波来定位的
B．关闭声呐系统是在声源处控制噪声
C．刮伤的痕迹是潜艇之间摩擦力作用的结果
D．潜艇做成流线型是为了减小在水里航行时受到的压强。
三、计算题
1、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信号用时0.5s，第二次发出信号到测速仪接收到信号用时0.3s，若发出两次信号的时间间隔是0.9s，超声波的速度是340m/s，汽车的速度是m/s（超声波速度是340m/s）
2、汽车行驶的正前方有一座高山，汽车以12m/s的速度行驶，汽车鸣笛2s后，司机听到回声，设声音在空气中传播速度为340m/s．问：
（1）汽车在2s内行驶了多少路程？
（2）司机听到回声时汽车距离山有多远？
3、如图甲为广清高速上一个距离传感器发出和接收超声波检测汽车速度的示意图．
?
（1）已知超声波的速度为 340m/s，某次检测车速时，传感器发出至接收超声波信号用了0.4s，超声波信号遇到汽车时，汽车与传感器之间的距离是多少 m？
（2）如果将距离传感器与计算机连接，可以将物体运动的距离(s)—时间(t)图象显示在计算机的屏幕上．利用传感器测得某一汽车在平直公路上运动的距离(s)—时间(t)图象如图乙所示，请在图丙中画出汽车运动的速度(v)—时间(t)图象．
（3）如图丁所示，从标志牌上看，在遵守交通规则的前提下，从标志牌到清远，匀速行驶的汽车最快需用多少 h 才能到达清远？
4、一辆汽车以30m/s的速度向山崖前进，司机鸣笛后继续前进，5s后听到回声，求司机听到回声时汽车距山崖的距离．（声音在空气中的传播速度是340m/s）
5、架喷气式飞机的速度是声速的1.5倍，飞行高度为2720m，水平方向飞行．当你听到飞机在头顶上方轰鸣时，抬头观看，飞机已飞到你前方多远水平距离的地方？
6、有两艘潜艇一前一后，两者相距L，且两者始终保持相同的速度v同向前进．后艇的水下声纳系统发出声音信号，到达前面的艇时立即被反射回来．已知声音信号在水中传播的速度为v0．
（1）证明：后艇从发出信号到接收到反射回来的信号的时间为：
（2）通过对这个数学式的讨论，说明当两艘艇处于何种状态时，后艇从发出信号到接收到反射回来的信号的时间最短．
（3）如果从纯数学的角度来说，当v= v0时，的分母为零，是没有意义的．但是，这是一个表达一定的物理意义的式子．那么，从物理的角度说，当v= v0时，的分母为零意味着什么呢？
微专题2-2 声音的传播速度问题
例1、【答案】3000m．
【解析】超声波从海面到海底用的时间：
t=×4s=2s，
该处海水的深度：
h=vt=1500m/s×2s=3000m．
答：海洋中该处的深度是3000m．
例2、【答案】（1）355m；（2）325m．
【解析】（1）在t=2s的时间内，车行驶的距离：s1=v1t=15m/s×2s=30m，
声音传播的距离：s2=v2t=340m/s×2s=680m，
设司机鸣笛时车到山崖的距离为s，
则：2s=s1+s2，所以s===355m，
（2）司机听到回声车距山崖的距离： s′=s-s1=355m-30m=325m．
答：（1）鸣笛处距山崖离355m； （2）听到回声时，距山崖325m．
培优·训练
一、选择题
1A 2C 3B
二、填空与阅读题
1、乙 11 2、360；30．
3、（1）B （2） 10 20 （3） 6300 （4）D
三、计算题
1、42.5
2、(1)680 (2)328
3、 （1）68 （2）略 （3）0.75h
4、775m
5、4080m．
6、（1）因L一定，两艘潜艇保持相同的速度υ同向前进．信号向前面的艇传播时，相对前面潜水艇的速度为：v0-v，到达前面潜水艇的时间为t1=
L
v0-v
，信号返回时，相对后潜水艇的速度为：v0+v，到达后潜水艇的时间为：t2=
L
v0+v
．
则总时间为t=t1+t2，代入整理得t=
L
v0-v
+
L
v0+v
=
2v0L
v 20
-v2
；
（2）由t=
2v0L
v 20
-v2
=
2L
v ?0
-
v2
v0
得，当v=0时，v0-
v2
v0
的值最大，则t最小，这说明当两潜水艇静止时，后潜水艇从发出信号到接收到反射回来的信号的时间最短．
（3）从纯数学的角度来说，当υ=υ0时，t=
2v0L
v 20
-v2
的分母为零，是没有意义的，但是，这是一个表达一定的物理意义的式子．那么，从物理的角度说，当υ=υ0时，t=
2v0L
v 20
-v2
的分母为零时，就意味的从后潜水艇发出的信号不可能到达前面的潜水艇，说明此时声纳系统失败．
答：（1）证明见上
（2）v=o，后艇从发出信号到接收到反射回来的信号的时间最短．
（3）无法进行信号传递．

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