在人教版物理八年級《聲現(xiàn)象》一章里有這樣的題目:在裝滿水的鐵水管一端敲擊一下,在另一端將會聽到幾次響聲?不少同學往往不注意分類討論,會得出不準確的答案,現(xiàn)結(jié)合題目分析如下。
剖析:此題常見的錯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。細細推究此題,可以發(fā)現(xiàn)此題為開放性試題,要分不同情況進行分類討論。
正解:敲擊使鐵管發(fā)生了振動,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)進行傳播。通常情況下,聲音在空氣中的傳播速度約為340m/s,在水中傳播比空氣中快,速度約為1500m/s,在鋼鐵中傳播得更快,速度可達到5200m/s,由于傳播速度不同,三次聲音之間存在時間差,然而人耳的特點是間隔時間0.1s以上時,人耳才能把兩次聲音分辨開來。因此,當鐵管過短時,時間間隔小于0.1s時,人耳只能聽到一次聲音。然而,當水管太長時,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)學知識來求解,設(shè)鐵水管的長度至少為S,聲音在空氣、水、鋼鐵中的傳播時間分別為t1、t2、t3。
根據(jù)題意可知:V1=340m/s、V2=1500m/s、V3=5200m/s
因為t1-t2≥0.1s
所以S/340m/s-S/1500m/s≥0.1s
S≥44m
又因為t2-t3≥0.1s
所以S/1500m/s-S/5200m/s≥0.1s
S≥211m
由此可知,水管的長度應(yīng)不短于211m,我們才可以分辨出三次聲音。
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