八年級(jí)物理上冊(cè)2.1《我們?cè)鯓勇犚娐曇簟吠卣官Y料：聲學(xué)及其特點(diǎn)素材(新版)粵教滬版

1、聲學(xué)及其特點(diǎn)聲學(xué)是研究媒質(zhì)中聲波的產(chǎn)生、傳播、接收、性質(zhì)及其與其他物質(zhì)相互作用的科學(xué)。聲學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)中歷史最悠久而當(dāng)前仍在前沿的一個(gè)分支學(xué)科。 因而它既古老而又頗 具年輕活力。聲學(xué)是物理學(xué)中很早就得到發(fā)展的學(xué)科。 聲音是自然界中非常普遍、 直觀的現(xiàn)象， 它很 早就被人們所認(rèn)識(shí)， 無論是中國(guó)還是古代希臘， 對(duì)聲音、 特別是在音律方面都有相當(dāng)?shù)难芯俊?我國(guó)在 34003400多年以前的商代對(duì)樂器的制造和樂律學(xué)就已有豐富的知識(shí)， 以后在聲音的產(chǎn)生、 傳播、樂器制造、 樂律學(xué)以及建筑和生產(chǎn)技術(shù)中聲學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用等方面， 都有許多豐富的經(jīng) 驗(yàn)總結(jié)和卓越的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。國(guó)外對(duì)聲的研究亦開始得很早， 早在公元

2、前 500500 年，畢達(dá)哥拉 斯就研究了音階與和聲問題，而對(duì)聲學(xué)的系統(tǒng)研究則始于 1717 世紀(jì)初伽利略對(duì)單擺周期和物 體振動(dòng)的研究。 1717 世紀(jì)牛頓力學(xué)形成，把聲學(xué)現(xiàn)象和機(jī)械運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，促進(jìn)了聲學(xué)的發(fā) 展。聲學(xué)的基本理論早在 1919 世紀(jì)中葉就已相當(dāng)完善，當(dāng)時(shí)許多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家都 對(duì)它作出過卓越的貢獻(xiàn)。 18771877 年英國(guó)物理學(xué)家瑞利( LordLord JohnJohnWilliamWilliam RayleighRayleigh ， 1842184219191919 )發(fā)表巨著聲學(xué)原理 集其大成，使聲學(xué)成為物理學(xué)中一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南鄬?duì)獨(dú)立的 分支學(xué)科，并由此拉開了現(xiàn)代聲

3、學(xué)的序幕。聲學(xué)又是當(dāng)前物理學(xué)中最活躍的學(xué)科之一。 聲學(xué)日益密切地同聲多種領(lǐng)域的現(xiàn)代科學(xué)技 術(shù)緊密聯(lián)系， 形成眾多的相對(duì)獨(dú)立的分支學(xué)科， 從最早形成的建筑聲學(xué)、 電聲學(xué)直到目前仍 在“定型”的“分子量子聲學(xué)”、“等離子體聲學(xué)”和“地聲學(xué)”等等，目前已超過2020個(gè)，并且還有新的分支在不斷產(chǎn)生。 其中不僅涉及包括生命科學(xué)在內(nèi)的幾乎所有主要的基礎(chǔ) 自然科學(xué)，還在相當(dāng)程度上涉及若干人文科學(xué)。 這種廣泛性在物理學(xué)的其它學(xué)科中，甚至在整個(gè)自然科學(xué)中也是不多見的。在發(fā)展初期，聲學(xué)原是為聽覺服務(wù)的。理論上，聲學(xué)研究聲的產(chǎn)生、傳播和接收；應(yīng)用 上，聲學(xué)研究如何獲得悅耳的音響效果， 如何避免妨礙健康和影響工作的噪

4、聲， 如何提高樂 器和電聲儀器的音質(zhì)等等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 人們發(fā)現(xiàn)聲波的很多特性和作用， 有的對(duì) 聽覺有影響，有的雖然對(duì)聽覺并無影響， 但對(duì)科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)卻很重要，例如，利用聲 的傳播特性來研究媒質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)， 利用聲的作用來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)等等。 因此， 在近代聲學(xué) 中，一方面為聽覺服務(wù)的研究和應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展， 另一方面也開展了許多有關(guān)物理、 化學(xué)、 工程技術(shù)方面的研究和應(yīng)用。 聲的概2念不再局限在聽覺范圍以內(nèi)， 聲振動(dòng)和聲波有更 廣泛的含義，幾乎就是機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的同義詞了。自然界從宏觀世界到微觀世界， 從簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)到復(fù)雜的生命運(yùn)動(dòng)， 從工程技術(shù)到醫(yī) 學(xué)、生物學(xué)，從衣

5、食住行到語言、音樂、藝術(shù)，都是現(xiàn)代聲學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域。聲學(xué)的分支可以歸納為如下幾個(gè)方面：從頻率上看，最早被人認(rèn)識(shí)的自然是人耳能聽到的“可聽聲”，即頻率在20Hz20Hz20000Hz20000Hz 的聲波，它們涉及語言、音樂、房間音質(zhì)、噪聲等，分別對(duì)應(yīng)于語言聲學(xué)、音樂聲 學(xué)、房間聲學(xué)以及噪聲控制；另外還涉及人的聽覺和生物發(fā)聲，對(duì)應(yīng)有生理聲學(xué)、心理聲學(xué)和生物聲學(xué)；還有人耳聽不到的聲音，一是頻率高于可聽聲上限的，即頻率超過20000Hz20000Hz的聲音，有“超聲學(xué)”，頻率超過 500MHz500MHz 的超聲稱為“特超聲”，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約為10108m m 量級(jí)，已可與分子大小相比擬，因而對(duì)

6、應(yīng)的“特超聲學(xué)”也稱為“微波聲學(xué)”或“分子聲 學(xué)”。超聲的頻率還可以高 101014HzHz。二是頻率低于可聽聲下限的，即是頻率低于20Hz20Hz 的聲音，對(duì)應(yīng)有“次聲學(xué)”， 隨著次聲頻率的繼續(xù)下降， 次聲波將從一般聲波變?yōu)椤奥曋亓Σā保?這時(shí)必須考慮重力場(chǎng)的作用； 頻率繼續(xù)下降以至變?yōu)椤皟?nèi)重力波”， 這時(shí)的波將完全由重力 支配。次聲的頻率還可以低至 104HZ。需要說明的是，從聲波的特性和作用來看， 所謂 20Hz20Hz 和 20000Hz20000Hz 并不是明確的分界線。例如頻率較高的可聽聲波，已具有超聲波的某些特性和作 用，因此在超聲技術(shù)的研究領(lǐng)域內(nèi)，也常包括高頻可聽聲波的特性和作用的研究。從振幅上看， 有振幅足夠小的一般聲學(xué)， 也可稱為“線性 （化）聲學(xué)”， 有大振幅的“非 線性聲學(xué)”。從傳聲的媒質(zhì)上看， 有以空氣為媒質(zhì)的“空氣聲學(xué)”； 還有“大氣聲學(xué)”， 它與空氣聲 學(xué)不同的是，它主要研究大范圍內(nèi)開闊大氣中的聲現(xiàn)象；有以海水和地殼為媒質(zhì)的“水聲 學(xué)”和“地聲學(xué)”；在物質(zhì)第四態(tài)的等離子體中， 同樣存在聲現(xiàn)象，為此， 一門尚未成型的 新分支“等離子體聲學(xué)”正應(yīng)運(yùn)而生。從聲與其它運(yùn)動(dòng)形式的關(guān)系來看