Question

小明在學(xué)習(xí)聲學(xué)知識時，向老師提出了一個問題：“老師，我感覺火車靜止和運(yùn)動兩種情況下，人耳聽到的鳴笛聲除了響度不同以外，音調(diào)也不同．當(dāng)火車向我靠近的過程中，火車的鳴笛聲變大而且比靜止時聲尖，這是不是說明當(dāng)聲源運(yùn)動時，它的響度和音調(diào)都發(fā)生了變化呢？”
老師對小明善于觀察，勤于思考的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣提出了表揚(yáng)，并肯定了他的猜想和感受．
問題一：根據(jù)小明的感受，你認(rèn)為當(dāng)他不動，火車向他靠近的過程中，火車鳴笛聲的響度發(fā)生了怎樣的變化？火車靠近他的過程中，火車鳴笛聲的音調(diào)與火車靜止時鳴笛聲的音調(diào)相比，有什么變化？
寫下你的看法：
當(dāng)小明的猜想得到老師認(rèn)可后，他又開始思考這種現(xiàn)象形成的原因是什么．老師建議他在活動中體會和學(xué)習(xí)．老師讓小明完成下面的活動：先站在離墻4米遠(yuǎn)的地方，每秒向墻上擲一個網(wǎng)球，擲10個球，感覺網(wǎng)球撞擊墻的聲音間隔；然后正對墻，向墻走去，在走的過程中擲球，而且還是每秒擲一個球，再感覺網(wǎng)球撞擊墻的聲音間隔．在活動中小明感覺到兩次網(wǎng)球撞擊墻的頻率不同．他終于明白為什么火車向他靠近的過程中，火車的鳴笛聲比靜止時要尖的原因了．
問題二：請你分析一下，如果小明相對于墻向后退行的過程中，還用同樣的方法，向墻上擲球，球撞擊墻的頻率會怎樣變化呢？聯(lián)想一下，當(dāng)你不動，而火車遠(yuǎn)離你時，你聽到的火車的鳴笛聲比靜止時的音調(diào)是高還是低呢？
問題三：假設(shè)火車站上有一個電鈴，電鈴每秒鐘響100聲（即電鈴的小錘每秒鐘敲擊100次鈴）．若聲音在空氣中的傳播速度是340m/s，相鄰兩個聲響在空間的距離是多少？當(dāng)小明坐著一輛速度為34m/s的火車從車站向遠(yuǎn)方開去時，每秒鐘進(jìn)入小明耳朵里的鈴響聲比進(jìn)入靜止的人耳朵里的鈴響聲少多少聲？根據(jù)你的計算說明音調(diào)高低變化與聲源和聽者相對運(yùn)動的關(guān)系？

Answer 1

解：問題1，當(dāng)小明不動，在火車向他靠近的過程中，火車鳴笛聲的響度越大，在火車向他靠近的過程中，火車鳴笛聲的音調(diào)比火車靜止時的音調(diào)高，
問題2，如果小明相對于墻向后退行的過程中，還用同樣的方法，向墻上擲球，球撞擊墻的頻率會變低；
當(dāng)我不動，而火車遠(yuǎn)離我的過程中，我聽到的火車的鳴笛聲比靜止時的音調(diào)低，
問題3，
相鄰兩個聲響之間的時間間隔是t=s，
所以相鄰兩個聲響在空間的距離是s=vt=340m/s×s=3.4m，
火車的速度為34m/s，它每秒鐘遠(yuǎn)離聲源的距離是s=vt=34m/s×1s=34m，
在這34m的空間里，恰好是10個鈴聲在空間的距離，由于火車是遠(yuǎn)離聲源，因此每秒鐘進(jìn)入小明的耳朵里的鈴聲比進(jìn)入靜止的人耳朵里的鈴聲少10次，
通過計算可知，當(dāng)人遠(yuǎn)離聲源的過程中，人耳聽到的聲音的頻率比靜止時低，所以聽到的聲音的音調(diào)比靜止時低．
分析：（1）首先閱讀材料，通過材料中得出當(dāng)物體的振動頻率不變時，當(dāng)人耳和物聲源之間發(fā)生相對運(yùn)動時，人耳感知聲音的音調(diào)是不同的，距離聲源越遠(yuǎn)，音調(diào)越低，距離聲源越近，音調(diào)越高．
（2）首先求出相鄰兩個聲響之間的時間間隔，再利用速度公式變形可求得相鄰兩個聲響在空間的距離，然后再分析音調(diào)高低變化與聲源和聽者相對運(yùn)動的關(guān)系
點(diǎn)評：有些知識沒有出現(xiàn)在課本上而是出現(xiàn)在閱讀材料中，仔細(xì)閱讀材料，從材料中找出解答問題的根據(jù)．因此解答類題目時，一定要認(rèn)真閱讀．