1、1声音的产生与传播备课资料一、北京天坛三大声学奇迹 在首都北京市区的东南部，坐落着一个驰名中外的天坛公园那里本来是明清两代帝王祭天和祈祷丰年的祭坛，最初建设于明代永乐十八年(1420 年)天坛是我国最壮观、最有特色的古建筑之一不过，从声学上看，我们最感兴趣的是回音壁、三音石和圈丘天坛第一声学奇迹是回音壁回音壁是一个圆环形的围墙，高约 372 m，直径 61-5 m在回音壁内的圆形场地上，偏北有一座圆形的建筑物口旷皇穹宇”，它与回音壁内壁间的最短距离是 2.5 m；同时东西对称地盖着两座房屋人们一进回音壁，往往第一件事便是与同伴贴着围墙作远距离的耳语人们讲悄悄话，一般在 6 m 以外就听不见而在
2、回音壁边上讲，传播却要远得多即使你和同伴分别在直线距离为 45 m 的甲、乙两处轻声对话，彼此还听得清清楚楚，就像同伴在跟前与你说话一般这个声学奇迹是怎样形成的呢?原来语音的波长只有 10300 cm，比回音壁半径要小得多，因此在这种场合下可以认为声波是直线前进的语音在甲、乙两处之间传播，一部分以束状沿围墙连续反射前进，全程有 129 m；一部分沿直线直接通过空气传播，全程才 45 m因为墙面相当坚硬光洁，对声音的吸收小，是声音的优良反射体；而且在回音壁的具体条件下，声波沿墙面连续反射都是全反射，没有穿人墙体内部发生折射的部分，所以声音在传播中衰减很小两个人在甲、乙两处发出轻声细语，通过墙面传
3、播的声波，尽管走了129 m，对方还能听清楚，就像打电话一样而直接经过空气传播的声波却衰减很快，只走6 m 就消失了，根本传不到 45 m 外的对方耳朵里这就是神秘的回音壁的声学原理天坛的第二声学奇迹是三音石它在从皇穹字通往围墙门口的一条白石铺成的路上，从皇穹宇台阶沿这条路数到第三块石头便是游人们一到这里就鼓掌鼓掌一下，可以听到五六次回声因为三音石正好在回音壁内圆心上鼓掌声沿着四面八方的直径在墙间来回反射因为围墙为圆形，每次声波从围墙反射回来在圆心会聚，便是一次回声只是由于声波在来回反射的过程中逐渐衰减，因此回声一次比一次微弱五、六次后，回声就微弱到听不出来天坛的第三声学奇迹是圜丘圜字是圆字的
4、古体，丘字原意是小山、土堆子不过，2圜丘不是圆形土堆子，而是青石砌成的高台，这里是真正的祭天的祭坛因为古人流行着“天圆地方”的不正确说法，所以圈丘砌成圆的，它外面的围墙筑成方的圜丘是三层的石台，每层都有台阶可以拾级而登每层台的周围都有石栏杆最高层离地 5 m 多，半径15 m人们登上台顶，站在圜丘的圆心石上，往往又是喊话，又是拍手，这时听到的声音特别洪亮这又是什么缘故呢?原来台顶不是真正水平的，而是从中央往四周坡下去人们站在台中央喊话，声波从栏杆上反射到台面，再从台面反射回耳边来；或者反过来，声波从台面反射到栏杆上，再从栏杆反射回耳边来又因为圜丘的半径较短，所以回声比原声延迟时间短，以致相混据
5、测验，从发音到声波再回到圆心的时间，只有零点零七秒说话者无法分辨它的原音与回音，所以站在圆心石上听起来，声音格外响亮但是站在圆心以外说话，或者站在圆心以外听起来，就没有这种感觉了天坛的声学奇迹是我国古代建筑匠师的卓越创造二、不同物质中的声速一个同学在自来水质中的声速管上敲一下，另一个同学靠在远处的自来水管上昕，如果两个位置相隔足够远，他会听到三响。一敲三响的道理很简单：第一个响声是自来水管子传送来的，声波在金属里传播得最快；第二个响声是自来水管里的水送来的，声波在水中传播得较快；第三个响声是空气送来的，它传播得最远第一次测定声波在水中的速度，是 1827 年在瑞士的日内瓦湖进行的：用两只船，在
6、甲船上，实验员先向水里放下一口钟，敲钟的同时，点燃船上的火药乙船停在 14 千米远处，实验员向水下放一个听音器，然后注意观察甲船，看见闪光后马上记时间，测出几秒钟后才能听到钟声实验的结果是，声波在水中的速度大约是空气中声速的四倍多(1450 米/秒)声速也受温度影响海水里含有盐类等多种矿物质，含盐等矿物质的多少也对声速有影响在各种因素中，温度对声速影响最大，温度每升高 1，水中声速大约增大 46 米/秒一般认为海水中的声速是 1 500 米/秒，约是大气中声速的 45 倍科学家们还测出了各种液体里的声速在 20时，纯水中的声速是 1 4829 米/秒；酒精中的声速是 1 168 米/秒；水银中
7、的声速是 l 451 米/秒；甘油中的声速是 1 923 米/3秒由此可见，声音在液体中传播大都比在大气中传播快许多，这和液体中的分子紧密程度有关固体中的声速也各不相同，经过反复测定发现，声波在固体中用纵波和横波两种形式传播，这两种波的波速也不相同例如，在不锈钢中，纵波速度是 5 790 米/秒，横波速度是 3 100 米/秒把不锈钢做成棒状，棒内的纵波速度是 5 000 米/秒在金属中，铍是传声的能手，在用铍做的棒内，声波的纵波速度达到 12 890 米/秒，是大气声速的 38 倍聚乙烯塑料传声本领较差，聚乙烯棒中的纵波速度只有 920 米/秒，不及水中声速快软橡胶富有弹性，声波传播极慢，只
8、有 3050 米/秒“跳跃”的声音声音不但会“爬行”，而且还会“跳跃”呢！1921 年 5 月 9 日，苏联的莫斯科近郊发生了一次大爆炸。据调查，在半径 70 公里范围内，人们清清楚楚地听到了“轰隆轰隆”的爆炸声；但是从半径 70 公里到半径 160 公里的范围内，人们却什么也没有听到；奇怪的是，从半径160 公里以外一直到半径 300 公里的远方，人们又听到了爆炸的轰鸣声。这真是怪事！声音怎么会“跳”过中间这片地区呢？物理学家发现，声音有一种“怪癖” ，它在空气中爱拣温度低、密度大的道路走。当遇到温度高、密度小的空气，声音便会向上拐弯到温度较低的空气中去。如果某一个地区，地面附近的气温变化比
9、较复杂，这儿温度高，那儿温度低，声音经过的时候，一会儿拐到高空，一会儿又往下拐，这样上上下下，就形成了上面所说的那种声音“跳”动的现象。安徽省合肥市新建的长途电话大楼，楼顶耸立着一座塔钟。这塔钟准时打点，钟声悦耳，响遍全市。但是住在远郊的居民听到的钟声，有时候清晰，有时候模糊，有时正点，有时“迟到” 。这是塔钟的失误吗？不是，这也是声音的“怪癖”爱走气温低、密度大的道路引起的。天长日久，社员们得出一条经验：平日听不见或听不清钟声，一旦突然听得很清楚，就预兆着天要下雨了，或正在下雨呢！这是因为这时空气湿度大，湿空气比干空气的密度大，容易传播声音的缘故。传说有这样一个有趣的故事：从前有一位住在古寺附近的老人，他虽然不识字，却有识别天气变化的本领。后来老人快要死了，乡邻们要求他把“预测风雨”的秘诀留下，以便今4后安排农事。老人同意了，但是他只说了一句话：“远寺钟声清，不用问天公”。说完便咽气了。当时人们都不明白这句话的意思。随着科学的发展，人们逐渐懂得了其中的秘密。原来，这位老人已懂得钟声清晰程度跟天气变化的关系了。
