声学中的物理研究方法

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风声、雨声、流水声倾诉着大自然的千变万化，歌声、笑声、音乐声描述着人们的欢乐。人们研究声的世界时，常采用以下的研究方法。
         
        　　一、转化法显示物体的振动
         
        　　有的物理现象不便于直接观察，通过转换为容易测量到与之相等或与之关联的物理现象，从而获得结论。
         
        　　例1　如图1所示，兰兰做有关声现象的实验时，将一个正在发声的音叉贴近面颊，目的是为了（   ）
         
       

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        　　A．感受发声音叉的振动
         
        　　B．体验发声音叉的温度
         
        　　C．估算发声音叉的质量
         
        　　D．判断声音的传播速度
         
        　　分析：本题是转化思想的极好体现，由于人眼不容易直接观察到声源的振动，探究时借助音叉触及面颊时的感觉显示音叉发声时在振动。
         
        　　答案：A。
         
        　　二、比较法
         
        　　比较物体发声时与未发声时的区别，用手按住正在发声的锣面，它立即不发出声音。先后对一鼓面轻敲和重击各一下，比较两次发出声音的响度不同。用硬塑料片在梳子齿上快划和慢划，比较音调的高低。
         
        　　三、归纳法
         
        　　例2　如图2所示的这些现象说明：正在发声的物体都在________。
         
       

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        　　分析：本题重在归纳，“纸屑的跳动”“纸片的跳动”“激起水花”都说明发声体在振动，同时也从近几年阅卷情况来看，此处失分颇为严重，原因就在对关键词的处理上，此处“振动”非“震动”，诸如“摩擦”非“磨擦”“竖直向下”非“坚直向下”等都是同学们易出错的关键字词，考后不少同学感觉良好，实际与估计的考分有一定的相差，这里也算得上要考虑的一处。
         
        　　四、用“实验+推理”的方法推导
         
        　　实验推理法是指在人类现有认识水平、实验仪器等条件的限制下无法直接去认知、验证某些物理特性或物理规律时，就在已有的相关的实验事实的基础上，进行逻辑推理和猜测，从而得出结论的方法。
         
        　　例3　请你对下面物理实验情景进行分析并得出结论。把处于发声状态的响铃放在密闭的容器内（如图3所示），逐渐抽出其中的空气听到的声音越来越小，最后几乎听不到声音，这说明_____________。
         
       

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        　　分析：本实验如果要放在真空环境中做实验是不可能的，随着容器内空气的不断抽出，空气越来越稀薄，听到声音越来越弱，可以推理：如果被抽成真空，将听不到声音，由此可以推出“真空不能传声”或“声音必须通过介质才能传出去”。
         
        　　例4　声音传播的速度和温度有关，下表是空气中声速随温度变化的数据。
         
         

空气温度/℃	-20	-10	0	10	20	30
声音速度/m·s-1	318	324	330	336	342	348

         
         
        　　当飞机的飞行速度接近周围的声速时会受到相当大的阻力。上世纪中期，人们就尝试进行超音速飞行。在飞机速度有限的情况下，你能指出在什么情况下试验更容易成功吗？
         
        　　分析：从“当飞机的飞行速度接近周围的声速时会受到相当大的阻力”这样一个结论出发，我们可以分析到：只有飞机的飞行速度与周围的声速相差很大时，它受到的阻力才能减小。分析数据可知当温度升高时，声速增大；温度降低时，声速减小，都可符合要求。而当时尝试进行的是超音速飞行，所以应在温度较低的地方试验容易成功，比如两极、冬天、高空等等。
         
        　　五、水波类比声波──类比法
         
        　　音叉振动时，附近空气粒子随音叉振动，形成一系列疏密相间的形状向四周传播，这就是声波，这就像石块落入水中激起水波一样。
         
        　　六、研究隔音材料用控制变量法
         
        　　噪声污染与水、空气、垃圾污染一样，也是环境污染的一部分。在1979年联合国召开的世界环境保护大会上，将噪声列为当代人类最不可容忍的灾难之一。防止噪声有各种方法，其中“隔声”是控制噪声污染的重要方法之一。
         
        　　例5　小明想比较几种材料（衣服、锡箔纸、泡沫塑料）的隔音性能，现有器材：音叉、机械闹钟、鞋盒，则在本实验中适合作声源的是_______；小明设计了一种实验方案：让人站在距鞋盒一定距离处，比较所听见声音的响度．实验中小明记录实验数据及现象如下表，则待测材料隔声性能最好的是             。
         
         

材料	衣服	锡箔纸	泡沫
响度	较响	较响	弱

         
         
        　　分析：适合做声源的是机械闹钟，因为它与音叉相比一直在发声。此方案采用了控制变量法，因为声音的响度与物体离声源的远近有关，离声源越远，响度越小。在控制了听者与声源距离相同的情况下，研究材料的隔音性能与材料的关系，可以看到隔音性能最好的是泡沫塑料。