初中物理 02 声现象

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一、声音的产生与传播

产生条件：声音由物体的振动产生，振动停止，发声也停止（但已发出的声音会继续传播）。

例：敲鼓时鼓面振动发声，用手按住鼓面，振动停止，声音消失；吉他弦振动发声，按住弦后振动停止，声音停止。

传播条件：声音的传播需要介质（固体、液体、气体），真空不能传声。

例：宇航员在太空中需通过无线电交流（真空无介质）；水中的鱼能听到岸上的脚步声（液体传声）；耳朵贴在铁轨上能提前听到火车声（固体传声速度比气体快）。

传播速度：

① 与介质种类有关：一般情况下，v固 > v液 > v气（15℃时，空气中声速约为340m/s）；

② 与温度有关：同种介质中，温度越高，声速越大（如夏季空气中声速略大于冬季）。

二、声音的三个特性（乐音的三要素）

音调：指声音的高低，由频率（物体每秒振动的次数，单位：赫兹Hz）决定。频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。

例：女高音音调高（声带振动频率快），男低音音调低（声带振动频率慢）；钢尺伸出桌面越长，振动越慢，音调越低。

响度：指声音的强弱（大小），由振幅（物体振动的幅度）和距离发声体的远近决定。振幅越大、距离越近，响度越大；反之则越小。

例：用力敲鼓，鼓面振幅大，响度大；离音箱越近，听到的声音越响。

音色：指声音的特色（辨识度），由发声体的材料、结构决定。

例：不同人说话声音不同（音色不同）；钢琴和小提琴演奏同一首歌，能区分开（音色不同）。

声音的三个基本特性是音调、响度（音量）和音色，它们分别由声音的频率、振幅和发声体的材料/结构决定。

音调：由频率（单位：赫兹Hz）决定，频率越高，音调越高；频率越低，音调越低  

音调反映声音的“高低”（如尖锐或低沉），生活中很多现象的差异本质是频率不同。

1. 钢琴不同琴键的声音  

按下钢琴左侧低音键时，琴弦更长、更粗，振动频率低，音调低沉；按下右侧高音键时，琴弦更短、更细，振动频率高，音调尖锐。  

2. 男女说话的声音差异  

男性声带通常更粗、更长，振动频率约85-180Hz，音调偏低（如低沉的男声）；女性声带更细、更短，振动频率约165-255Hz，音调偏高（如清脆的女声）。  

3. 开水沸腾前后的“呜呜声”变化  

水未沸腾时，壶内气泡少且上升慢，振动频率低，音调低；接近沸腾时，气泡大量产生且快速上升、破裂，振动频率升高，音调明显变高。  

4. 吉他弦的松紧调节  

调吉他时，拧紧琴弦会使弦的张力增大，振动频率升高，音调变高；放松琴弦则张力减小，频率降低，音调变低。  

5. 蚊子与苍蝇的飞行声  

蚊子翅膀振动频率约500-600Hz，频率较高，音调尖锐（“嗡嗡”声刺耳）；苍蝇翅膀振动频率约200-300Hz，频率较低，音调相对低沉（“嗡嗡”声更闷）。  

6. 儿童与老人的说话声  

儿童声带尚未发育完全，较细短，振动频率高，音调清脆（如小孩的“童声”）；老人声带逐渐松弛、变厚，振动频率降低，音调低沉（如老人的“沙哑低音”）。  

7. 电梯运行的声音变化  

电梯上升时，电机转速加快，内部零件振动频率升高，音调逐渐变高；下降时转速减慢，频率降低，音调逐渐变低。  

8. 口哨声的高低控制  

吹口哨时，嘴唇抿得越紧、气流越急，口腔内空气柱振动频率越高，音调越高（如尖锐的哨声）；嘴唇放松、气流放缓，频率降低，音调越低（如低沉的哨声）。  

9. 锯木头的声音变化  

用锯子快速锯木头时，锯齿与木材摩擦的频率高，音调高（“刺耳的高频声”）；放慢锯木头速度，摩擦频率降低，音调明显变低。  

10. 手机铃声的“高低音模式”  

手机设置“高音铃声”时，播放的声音频率集中在2000-4000Hz（人耳敏感区），音调尖锐，易被察觉；设置“低音铃声”时，频率集中在200-500Hz，音调低沉，适合安静环境。

响度：由振幅（振动的幅度）决定，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小  

响度反映声音的“强弱”（如大声或小声），还与距离发声体的远近有关（距离越远，响度越小）。

1. 敲鼓的轻重差异  

用大力敲鼓时，鼓面振动振幅大，鼓声洪亮（响度大）；用小力敲鼓时，鼓面振动振幅小，鼓声微弱（响度小）。  

2. 老师讲课的音量调节  

老师在大教室讲课需提高音量（声带振动振幅大），确保后排学生听清（响度大）；在小办公室交流时降低音量（振幅小），避免打扰他人（响度小）。  

3. 汽车喇叭的远近效果  

汽车在身边鸣喇叭时，距离近且喇叭振动振幅大，声音刺耳（响度大）；汽车在百米外鸣喇叭时，距离远导致声音分散，只能听到微弱的“滴滴声”（响度小）。  

4. 弹吉他的力度控制  

用力弹吉他弦时，弦的振幅大，声音饱满响亮（响度大）；轻轻拨弦时，弦的振幅小，声音轻柔（响度小），适合演奏抒情段落。  

5. 雷雨天气的雷声变化  

雷暴在头顶时，闪电引发的空气振动振幅大，雷声“轰隆隆”震耳欲聋（响度大）；雷暴远离后，振动传播过程中振幅减小，雷声逐渐变弱，最终消失（响度小）。  

6. 电视音量的大小调节  

看电视时调大音量，扬声器振动振幅增大，声音充满房间（响度大）；调小音量时，扬声器振幅减小，声音变轻（响度小），适合夜间观看。  

7. 搬运工的吆喝声  

搬运工搬运重物时，为提醒他人避让，会大声吆喝（声带振幅大，响度大）；休息时与同事交流，声音轻柔（振幅小，响度小）。  

8. 摔碎玻璃的声音差异  

用力摔碎厚玻璃时，玻璃振动振幅大，发出“哐当”的巨响（响度大）；轻轻打碎薄玻璃时，振幅小，声音清脆但微弱（响度小）。  

9. 广场舞的音乐音量  

广场舞现场的音响音量调至最大，扬声器振幅大，音乐声覆盖整个广场（响度大），满足多人同步跳舞需求；若音量调小（振幅小），远处的人会听不清音乐节奏（响度小）。  

10. 婴儿哭闹的响度变化  

婴儿饥饿或难受时，哭闹时声带振幅大，哭声尖锐且响亮（响度大），易引起家长注意；婴儿困倦时，哭闹振幅减小，声音逐渐变弱（响度小），最终入睡。

音色：由发声体的材料、结构、振动方式决定，是区分不同声音的关键特性  

音色反映声音的“特色”（如“听声辨人”“听声辨物”），即使音调、响度相同，不同物体发出的声音也能通过音色区分。

1. 听声辨人（熟人的声音）  

每个人的声带材料（厚度、弹性）、口腔结构（牙齿、舌头形状）不同，说话时的振动方式有差异，导致音色独特。例如，即使朋友和你说同样音调、响度的“你好”，你也能通过音色立刻认出对方。  

2. 钢琴与小提琴演奏同一音符  

钢琴通过“琴弦振动+共鸣箱放大”发声，材料是钢弦和木质共鸣箱；小提琴通过“琴弦振动+木质琴身共鸣”发声，材料是钢弦和枫木琴身。二者结构不同，即使演奏同一音调（频率相同）、同一响度（振幅相同）的音符，钢琴声“浑厚饱满”，小提琴声“悠扬细腻”，音色差异明显。  

3. 区分开水壶与电水壶的沸腾声  

传统开水壶（铝制）沸腾时，壶身振动频率单一，音色“单调沉闷”；电水壶（不锈钢+塑料外壳）沸腾时，内部加热管与水的振动叠加，音色“清脆带杂音”，可通过音色判断是哪种水壶。  

4. 不同品牌手机的铃声  

即使两款手机设置相同的“默认铃声”（音调、响度一致），由于扬声器的材料（纸盆、金属膜）和内部结构不同，iPhone的铃声音色“通透清晰”，安卓手机的铃声可能“偏厚重”，能通过音色区分手机品牌。  

5. 吉他与尤克里里的声音差异  

吉他有6根钢弦，琴身较大，共鸣效果强，音色“醇厚有力”；尤克里里有4根尼龙弦，琴身较小，共鸣弱，音色“明亮轻快”。即使弹同一音调的旋律，也能通过音色快速区分二者。  

6. 区分敲门声与门铃声  

敲门声是手与木门（或金属门）碰撞产生的振动，材料是“手+木材/金属”，音色“沉闷（木门）或清脆（金属门）”；门铃声是电子元件振动（如蜂鸣器），材料是“金属片+塑料外壳”，音色“尖锐规律”，二者音色差异显著，无需看门就能分辨。  

7. 不同人唱同一首歌  

歌手A和歌手B唱同一首歌（音调、响度一致），但A的声带更薄，音色“清亮”，B的声带更厚，音色“沙哑”，听众能通过音色判断是哪位歌手演唱。  

8. 区分碗与盘子的碰撞声  

陶瓷碗碰撞时，碗的弧度大、壁厚，振动频率低，音色“沉闷”；陶瓷盘子碰撞时，盘子扁平、壁薄，振动频率高，音色“清脆”，即使闭上眼睛，也能通过音色区分是碗还是盘子。  

9. 古筝与古琴的声音差异  

古筝有21根弦，琴身较大，共鸣箱宽，音色“明亮华丽”（如《高山流水》）；古琴有7根弦，琴身较小，共鸣箱窄，音色“古朴深沉”（如《广陵散》），二者音色差异是区分传统弹拨乐器的核心。  

10. 区分真声与假声唱歌  

用“真声”唱歌时，声带整体振动，材料振动方式“完整”，音色“饱满有力”；用“假声”唱歌时，声带边缘振动，振动方式“局部”，音色“纤细空灵”（如流行歌曲中的高音部分），即使音调相同，也能通过音色区分真声和假声。

三、噪声的危害与控制

噪声定义：从物理角度，是无规则振动产生的声音；从环保角度，是影响人们正常工作、学习、休息的声音。

噪声等级：用分贝（dB） 表示，0dB是听觉下限，30-40dB是较理想的安静环境，超过90dB会影响听力。

控制途径（三环节控制）：

① 防止噪声产生（声源处）：如给机器加消音器、禁止鸣笛；

② 阻断噪声传播（传播过程中）：如安装隔音板、关窗户；

③ 防止噪声进入耳朵（人耳处）：如戴耳塞、耳罩。

四、声音的利用

声传递信息：通过声音获取有用内容。

例：医生用“B超”检查身体（超声波传递人体内部信息）；听雷声判断下雨（声音传递天气信息）。

声传递能量：声音能使物体振动，传递能量。

例：超声波清洗眼镜（振动去除污垢）；超声波击碎结石（能量击碎固体）。

例题1：声音的产生 题目：下列现象中，能说明声音是由物体振动产生的是（  ）

A. 放在玻璃罩内的闹钟正在发声，抽出罩内空气后，声音变小

B. 敲击音叉后，将音叉贴近乒乓球，乒乓球被弹开

C. 站在岸边，能听到水中游动的鱼发出的声音

D. 用不同的力度敲同一面鼓，听到的鼓声大小不同

解析：A选项说明真空不能传声（传播条件）；B选项中，音叉振动使乒乓球弹开，直接体现“振动发声”；C选项说明液体能传声（传播介质）；D选项说明振幅影响响度（声音特性）。

答案：B

例题2：声音的传播 题目：在月球上，宇航员之间不能直接用语言交流，这是因为（  ）

A. 月球上没有空气，声音无法传播

B. 月球上重力太小，声音传播速度慢

C. 宇航员的声带在月球上无法振动

D. 月球上的声音频率超出人耳听觉范围

解析：声音传播需要介质，月球表面是真空（无空气），真空不能传声，因此无法直接交流，需通过无线电（电磁波可在真空传播）。

答案：A

例题3：声速比较 题目：甲同学在一根装满水的长钢管一端敲一下，乙同学在钢管另一端听，能听到几次声音？（已知：钢管中声速5200m/s，水中1500m/s，空气中340m/s）

A. 1次  B. 2次  C. 3次  D. 4次

解析：声音会通过三种介质传播：钢管（固体）、水（液体）、空气（气体），且三种介质中声速不同，到达乙同学耳朵的时间不同，因此能听到3次声音（先钢管、再水、最后空气）。

答案：C

例题4：音调的影响因素 题目：用相同的力度拨动同一把吉他的不同琴弦，发现发出的声音高低不同，这是因为不同琴弦的（  ）

A. 振幅不同  B. 频率不同  C. 材料不同  D. 松紧程度不同

解析：“声音高低”指音调，音调由频率决定。同一把吉他的琴弦材料相同，用相同力度拨动（振幅相近），不同琴弦的粗细、长度不同，导致振动频率不同，音调不同。

答案：B

例题5：响度的影响因素 题目：老师讲课声音太小，同学们听不清，要求老师“大声点”，这里的“大声点”是指提高声音的（  ）

A. 音调  B. 响度  C. 音色  D. 频率

解析：“听不清”说明声音强弱不够，“大声点”即增大声音的响度（振幅变大），与音调（高低）、音色（特色）无关。

答案：B

例题6：音色的应用 题目：我们能通过电话声音分辨出熟悉的人，这是因为每个人的（  ）不同

A. 音调  B. 响度  C. 音色  D. 声速

解析：不同人发声时，声带的材料、结构不同，导致音色不同，因此能通过音色分辨身份，与音调、响度无关。

答案：C

例题7：噪声的控制（声源处） 题目：在摩托车排气管上安装消音器，是为了（  ）

A. 防止噪声产生  B. 阻断噪声传播  C. 防止噪声进入耳朵  D. 提高声音的音调

解析：消音器的作用是减少排气管振动产生的噪声，属于在“声源处”控制噪声（从源头阻止噪声产生）。

答案：A

例题8：噪声的控制（传播过程中） 题目：在学校附近的道路旁安装隔音板，其主要目的是（  ）

A. 减少汽车发动机的噪声  B. 阻断噪声向学校传播

C. 保护汽车司机的听力  D. 降低噪声的频率

解析：隔音板位于道路与学校之间，作用是阻挡道路上的噪声向学校传播，属于“传播过程中”控制噪声。

答案：B

例题9：声传递信息 题目：下列事例中，利用声音传递信息的是（  ）

A. 用超声波清洗眼镜  B. 用超声波击碎人体内的结石

C. 用听诊器检查身体  D. 用扬声器播放音乐

解析：A、B选项利用声音传递能量（振动/击碎物体）；C选项中，听诊器通过声音获取人体内部器官的信息（如心跳、呼吸），属于传递信息；D选项是声音的输出，不涉及“传递信息”的应用。

答案：C

例题10：声传递能量 题目：下列现象中，不能说明声音传递能量的是（  ）

A. 对着烛焰说话，烛焰会晃动  B. 超声波能使塑料膜上的纸屑跳动

C. 利用声呐探测海底深度  D. 超声波能去除金属表面的锈迹

解析：A、B、D选项中，声音的振动使物体（烛焰、纸屑、锈迹）产生运动或变化，体现传递能量；C选项利用声呐的回声获取海底深度信息，属于传递信息。

答案：C

例题11：振动与发声的关系 题目：关于“振动与发声”，下列说法正确的是（  ）

A. 物体振动一定发声  B. 物体发声一定振动

C. 振动停止，声音立即消失  D. 只要物体振动，人耳就一定能听到声音

解析：A选项错误（如物体在真空中振动，发声但无法传播，人耳听不到，且“发声”需振动频率在人耳听觉范围内）；B选项正确（发声的本质是振动，发声一定伴随振动）；C选项错误（振动停止，发声停止，但已发出的声音会继续传播）；D选项错误（振动频率不在20-20000Hz范围内，人耳听不到）。

答案：B

例题12：声速计算（基础） 题目：15℃时，空气中的声速为340m/s，小明看到闪电后，经过5s听到雷声，求闪电处距离小明的距离。

解析：闪电和雷声同时产生，光的传播速度极快（约3×10⁸m/s），传播时间可忽略，因此雷声传播的时间即为5s。根据公式s = vt，代入数据：s = 340m/s × 5s = 1700m。

答案：1700米

例题13：音调与频率的实验分析 题目：如图（虚拟图：钢尺伸出桌面不同长度，用相同力度拨动），下列说法正确的是（  ）

A. 钢尺伸出越长，振动越快，音调越高

B. 钢尺伸出越长，振动越慢，音调越低

C. 钢尺伸出越长，振动幅度越大，响度越大

D. 钢尺伸出越长，振动幅度越小，响度越小

解析：用相同力度拨动，钢尺的振幅相近（响度相近），排除C、D；伸出越长，钢尺振动部分的质量越大，振动越慢（频率越低），音调越低。

答案：B

例题14：噪声等级与危害 题目：下列环境中，噪声等级最适宜人们休息的是（  ）

A. 闹市街头（约70dB）  B. 图书馆（约40dB）

C. 工厂车间（约90dB）  D. 摇滚演唱会（约110dB）

解析：30-40dB是较理想的安静环境，适合休息；70dB以上会干扰生活，90dB以上会影响听力。

答案：B

例题15：声音特性的综合判断 题目：“闻其声知其人”体现声音的______，“震耳欲聋”体现声音的______，“高音歌唱家”体现声音的______（选填“音调”“响度”“音色”）。

解析：“闻其声知其人”靠音色（特色）；“震耳欲聋”指声音强（响度）；“高音”指声音高（音调）。

答案：音色；响度；音调

例题16：真空不能传声的实验推理 题目：在“探究声音传播条件”的实验中，逐渐抽出玻璃罩内的空气，闹钟的声音会逐渐变小，直至几乎听不到；再放入空气，声音又变大。由此可推理出（  ）

A. 声音的传播需要介质  B. 声音的传播速度与介质有关

C. 声音的音调与空气多少有关  D. 声音的响度与空气多少有关

解析：实验中“空气越少，声音越小”，极端情况（真空）下声音无法传播，推理出“声音传播需要介质”。B选项（速度）、C选项（音调）在实验中未体现；D选项（响度）是现象，而非推理结论（结论是“传播需要介质”）。

答案：A

例题17：声传递能量的应用 题目：医院里用“超声波碎石机”击碎人体内的结石，这是利用了超声波（  ）

A. 频率高  B. 能传递能量  C. 能传递信息  D. 方向性好

解析：碎石机通过超声波的能量使结石振动破碎，核心是“传递能量”，与频率高、方向性好无关（虽超声波有这些特点，但不是碎石的原因）。

答案：B

例题18：声音特性的辨析（易错） 题目：用大小不同的力敲击同一面鼓，两次发出的声音（  ）

A. 音调不同  B. 响度不同  C. 音色不同  D. 频率不同

解析：同一面鼓的材料、结构不变（音色相同），敲击力度不同，鼓面的振幅不同，导致响度不同；频率（音调）由鼓本身的特性决定，与力度无关。

答案：B

例题19：声速与温度的关系 题目：下列关于声速的说法中，正确的是（  ）

A. 声音在空气中的速度永远是340m/s

B. 声音在同种介质中，温度越高，速度越大

C. 声音在固体中传播速度一定比在液体中快

D. 声音在液体中传播速度一定比在气体中慢

解析：A选项错误（15℃时空气中声速340m/s，温度变化会影响声速）；B选项正确（同种介质，温度越高，分子运动越剧烈，声速越大）；C选项错误（如声音在软木中的速度小于在水中的速度）；D选项错误（液体声速一般大于气体）。

答案：B

例题20：噪声控制的综合应用 题目：为了减少教室外汽车的噪声对上课的影响，下列措施中不可行的是（  ）

A. 在教室墙壁上安装隔音板  B. 关闭教室的门窗

C. 禁止汽车在学校附近行驶  D. 让学生戴防噪声耳罩

解析：A（传播过程中）、B（传播过程中）、D（人耳处）均是可行的控制措施；C选项“禁止汽车行驶”不符合实际（无法完全禁止），属于不可行措施。

答案：C

物理基础