在八年級(jí)物理《聲音與環(huán)境》一章里有這樣的題目 :在裝滿水的鐵水管一端敲擊一下,在另一端將會(huì)聽到幾次響聲?不少同學(xué)往往不注意分類討論,會(huì)得出不準(zhǔn)確的答案,現(xiàn)結(jié)合題目分析如下。
剖析:此題常見的錯(cuò)誤答案為可以聽到三次響聲,原因是聲音在鐵管、水、空氣中的傳播快慢不同。細(xì)細(xì)推究此題,可以發(fā)現(xiàn)此題為一開放性試題,要分不同情況進(jìn)行分類討論。
正解:敲擊使鐵管發(fā)生了振動(dòng),從而產(chǎn)生了聲音,這聲音分別可以通過空氣、水(液體)和鐵(固體)進(jìn)行傳播。通常情況下,聲音在空氣中的傳播速度約為340米/秒,在水中傳播比空氣中快,速度約為1500米/秒,在鋼鐵中傳播得更快,速度可達(dá)到5200米/秒.由于傳播速度不同,三次聲音之間存在時(shí)間差,然而人耳的特點(diǎn)是間隔時(shí)間0.1秒以上時(shí),人耳才能把兩次聲音分辨開來。因此,當(dāng)鐵管過短時(shí),時(shí)間間隔小于0.1秒時(shí),人耳只能聽到一次聲音。然而,當(dāng)水管太長時(shí),能量損失過大,聲音不能傳遞到另一端。只有鐵管的長度適中時(shí)才可以聽到三次聲音,那么水管至少該多長呢?
我們可以利用數(shù)學(xué)知識(shí)來求解,設(shè)鐵水管的長度至少為s,聲音在空氣、水、鋼鐵中的傳播時(shí)間分別為t1、t2、t3。
根據(jù)題意可知:v1 =340米/秒、v2=1500米/秒、v3=5200米/秒
因?yàn)閠1-t2≥0.1秒
所以s/340米/秒-s/1500米/秒≥0.1秒
s≥44米
又因?yàn)閠2-t3≥0.1秒
所以s/1500米/秒-s/5200米/秒≥0.1秒
s≥211米
由此可知,水管的長度應(yīng)不短于211米,我們才可以分辨出三次聲音。
在這里我們還要考慮,我們敲擊的能量能否支持聲波傳遞這么遠(yuǎn)的距離。
來源:謝冬英物理工作室
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