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波動種類的第二種分類
(1)橫波(高低波):
介質運動方向與波前進方向垂直,如繩波、上下振動的彈簧波。
(2)縱波(疏密波):
介質運動方向與波前進方向平行,如繩波、左右振動的彈簧波。
區分的標準在於波的運動方向與介質振動方向的角度。
[說明例題001]波的種類
回答下列問題:
A上下振動的繩波、B水波、C左右振動的彈簧波、D聲波、E光波、F電磁波、G左右振動的彈簧波、H上下振動的彈簧波。
(1)何者屬於機械波?
ABCDGH。
(2)何者屬於橫波?
ABH。
(3)何者屬於縱波?
BCG。
(4)何者屬於高低波?
ABH。
(5)何者屬於疏密波?
BCG。
(6)各描述其介質為何?
(略)。
Ps.水波為橫波與縱波的合成波
[講解主題三]一個全波的產生
左下圖的一個全波的波形,是怎樣產生的呢?
右下圖的分解動作,你看懂了嗎?
上圖的波形,稱為「一個全波」。
一個全波是一次振動所產生的波形
(1)何為「一次」?
往返ㄧ次,歷經四個振幅。
(2)此時波前進的距離,定為波長。
=1
(3)週期:
一次振動所需的時間。
一個全波的產生(歷經四個「振幅」的擺動,所需的時間叫「一週期」)
(a)振動前,無任何波形產生
(b)手向上,歷經
週期的時間
(c)手向下,回到平衡位置,歷經
(d)手向下,歷經
(e)手向上,回到原平衡位置,歷經1週期的時間
[講解主題四]週期與頻率
在討論規律的波動或振動體的運動時間與次數的關係時,作了以下的定義…
(1)週期:
一次振動所需的時間,單位:
秒,代號s。
(2)頻率:
每秒所振動的次數,單位:
赫,代號Hz。
二者的關係式:
[說明例題002]波的產生
振動9秒產生,如右圖的波動,回答下列問題:
(1)右圖屬於橫波。
(橫或縱)
(2)其介質運動方向:
上下。
3cm
(3)振動2.25次,產生了個2.25全波。
(4)週期4秒/次;
頻率0.25次/秒。
(5)波長4/3cm;
波速1/3cm/s。
波速(波傳播速率):
代號v,單位:
cm/s、m/s。
波速的第一個公式:
是一等速運動
[講解主題五]波動的結構
一個全波產生之後,週期往復的運動,便產生一連串的連續週期波動…..…現在我們對波的各部名稱作一歸納……
(1)波峯:
波動偏離平衡位置最高的點。
(2)波谷:
波動偏離平衡位置最低的點。
(3)疏部:
介質密度最小的位置。
(4)密部:
介質密度最大的位置。
(5)波長:
一個全波的距離=1
波長量取:
相鄰波峰的距離。
相鄰波谷的距離。
相鄰對應點的距離。
(6)平衡位置:
繩子靜止時的位置。
(7)振幅:
波峰或波谷到平衡位置的距離。
(取決於能量)
(8)波速:
波傳遞的速率。
(取決於介質)
波速的二個公式:
波速與介質有關,介質若相同,波速必相同。
(9)週期:
繩子作一次振動所需的時間。
(10)頻率:
每秒內繩子振動的次數。
(11)波數:
波長的倒數。
(補充)
[回家練習001]波的傳播
1.將彈簧一端固定,手持另一端左右甩動,在某一瞬間的波形如下圖,若每秒甩動5次,則:
(1)一個週期後甲點的位置在哪裡?
答:
_A_。
(A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁。
(2)波的週期為_0.2_秒。
(3)波速為_50_公分/秒。
(4)若甩動的頻率加倍,則圖中甲、乙兩點相距_1_個波長。
2.甲、乙兩人分別甩動兩條材質、粗細、鬆緊程度皆相同的繩子,以照相機拍下某一瞬間
繩波如上右圖;
試回答下列問題:
(1)甲、乙兩人所甩動繩波何者的振幅大?
_2_。
(2)甲、乙兩人所甩動繩波何者的波長短?
_甲_。
(3)甲、乙兩人所甩動繩波何者的波速快?
_ㄧ樣快_。
3.(D)如下右圖為一繩波之波峰向右移至E點時,則哪一點的運動方向為“↑”?
(A)A點 (B)B點 (C)C點 (D)D點。
4.(D)如上左圖所示,若振動頻率加倍,則:
(A)振幅增加 (B)波長增長 (C)波自B傳到F時間減少 (D)BF間波數增加。
5.(B)下圖是一向右前進的連續週期橫波。
甲、乙、丙三點的瞬間運動方向為何?
(A)甲向上,乙向下,丙向下 (B)甲向下,乙向上,丙向上 (C)甲向下,乙不動,丙向上 (D)甲向上,乙不動,丙向下。
6.(D)若小提琴的絃每分鐘可振動12000次,則振動頻率為若干赫?
(A)12000 (B)1000 (C)500 (D)200。
7.一連續週期波通過介質中某一點時,該點作往復運動的位置坐標與時間關係如上右圖,則:
(1)振幅為10公分。
(2)週期為0.2秒。
(3)波長為20公分。
(4)頻率為5赫茲。
(5)波速為100公分/秒。
第3章波動與聲音的世界
第2節聲音的傳播
第3節空谷中的回聲
多變的聲音
第5節揮別噪音
第二節聲音的傳播
聲音是如何產生的
影響聲速的因素
[講解主題六]聲音的產生與其介質
聲音是如何產生呢?
是因為物體振動。
傳遞聲波的介質有哪些呢?
固體、液體、氣體。
波以耳聲音傳播實驗(右圖)
聲波屬於縱波,是疏密波。
聲音的形成至少要有二個要點:
(1)物體振動。
(2)要有介質。
[回家練習002]聲音的產生
1.水上芭蕾選手的頭部潛入泳池中時,為何仍能隨音樂起舞?
因為水也是傳聲介質之一,所以聲音仍可在水中傳播。
2.若有大隕石撞上月球,地球上的人能否聽到此聲響?
不能;
聲音須介質傳播,而不能在月球地球之間的真空中傳播
3.若耳朵的鼓膜因故受損後,為何容易耳聾?
鼓膜破裂後,耳朵便無法接收到外界的聲音,所以造成耳聾。
[講解主題七]影響聲速的因素
聲音的傳播除了能以固態、液態及氣態作為傳聲介質……..
聲速(在室溫20℃)
介質
聲速(m/s)
純水
1490
松木
3320
海水
1520
銅
3810
玻璃
5500
鋼
5200
空氣
343
鉛
1190
聲波在各狀態間的傳播速率:
固體>液體>氣體。
影響聲速的因素:
(1)狀態:
組織緊密者,聲速快。
(2)溫度:
高溫下,聲速快。
(3)風向:
順風下,聲速快。
(4)溼度:
溼度高,聲速快。
聲速在空氣中的傳播公式:
聲速隨溫度增加而增加。
聲速(在15℃)?
340m/s。
聲速(在0℃)?
331m/s。
聲速(在25℃)?
346m/s。
第4章波動與聲音的世界
第三節空谷中的回聲
聲音的反射
聲音的應用
聲速的基礎計算
[講解主題八]聲音的反射
在空曠的山谷或大廳說話會聽見回聲,這到底是怎麼一回事呢?
回聲怎樣能聽見呢?
反射的有利條件有哪些呢?
讓我們討論看看…..
回聲:
反射回來的聲音。
反射是波動遇障礙返回原介質的現象
反射定律
(1)入射線、反射線和法線在同一平面上,且入射線和反射線分別在法線的兩側。
(2)入射角等於反射角。
圖示:
有利於反射的條件:
(1)堅硬或光滑的反射面。
(柔軟或粗糙的反射易於吸收聲音)
(2)發音體與聲音反射面必須距離17公尺以上。
反射是彈回;
吸收是沒入
反射發生時,波的性質改變了什麼?
(1)頻率不變。
(2)波長不變。
(3)週期不變。
(4)波速不變。
(5)振幅減少。
(6)行進方向改變。
[講解主題九]聲音的應用與聲速的基礎計算
聲音的應用:
(1)聲納(sonar):
測量海深、海底地形及偵測潛艇、魚群位置
(2)超聲(音)波:
醫療檢查、清洗器材
振動頻率在20000Hz以上者,稱超音波。
波動是視同「等速運動」的,你一定要知道…..
[說明例題003]聲速的基礎計算
1.漁船在海面上,以聲納偵測海底深度,6秒後收到回聲,則海底深度為多少公尺?
_4500_公尺。
(聲音在海水中的速率為1500公尺/秒)
2.原聲與回聲至少要相隔0.1秒,人耳才能聽到回聲,則在氣溫15℃時(聲速為340公尺/秒),欲聽到回聲,聲源至少要距離障礙物多少公尺?
17公尺。
3.(B)傳聲介質及其特性會影響聲音傳播的快慢,已知聲音在0℃的空氣中傳播速率為331公尺/秒,溫度每升高1℃,其速率增加0.6公尺/秒。
曉研想測量位於住家附近一枯井的深度,她在井口向內喊話,經過0.20秒後聽到回聲,若當時井中氣溫維持在15℃,則曉研測得的枯井深度為多少公尺?
(A)33 (B)34 (C)66 (D)68。
注意傳聲的介質是何者?
[回家練習003]聲速的基礎計算
1.(A)原聲與回聲要相隔0.1秒以上,人耳才能分辨;
而聲音的傳播速率(V)與當時的溫度(T)有關,其關係為:
V=331+0.6Tm/sec。
如果曉莉和一面大牆壁相距17公尺,當她向牆壁高聲喊叫而想聽到自己的回聲,請問當時的氣溫不能超過幾度?
(A)15(B)20(C)25(D)30℃。
2.(A)利用聲納可探測魚群的深度,自船上發出聲波,由海面上傳至魚群,再由魚群反射回來,共歷時t秒,而海水中的音速為V,則魚群的深度約為?
ˉ(A)
ˉ(B)Vtˉ(C)2Vtˉ(D)4Vt。
3.(D)假設在海水中聲音傳播的平均速率為1500m/s。
當船上用聲納去測量海底的深度時,若聲納之聲波自發射到接收的時間為3秒,則海底的深度為?
(A)1000ˉ(B)1125ˉ(C)2000ˉ(D)2250m。
4.阿華在A、B兩峭壁間大喊一聲,經過2秒後聽到A峭壁的回聲,再經1秒後聽到B峭壁的回聲,若聲速為340m/sec,則:
(1)阿華距A峭壁ˉ340ˉ公尺。
(2)A、B兩峭壁相距ˉ850ˉ公尺。
5.(C)有一艘海底探測船,以時速30公里向北行駛,並每隔10分鐘,利用聲納探測海底深底深刻一次,其回聲接收時間為5秒、15秒、8秒、30秒、40秒、40秒,則海底的地形可能為何?
6.(B)一架飛機墜毀於水庫內,打撈公司根據失事地點在水面上以聲納探測飛機的深度,從聲納發出探測波至收到反射波歷時0.1秒,根據下表(聲音在20℃時在不同物質中傳播的速率),計算飛機所在的深度為何?
(A)34公尺(B)73公尺(C)146公尺(D)252公尺。
物質
傳播速率(公尺/秒)
水
1463
鐵
5032
第5章波動與聲音的世界
第四節多變的聲音
響度與音量的關係
音調與振動頻率的關係
音色與波形的關係
[講解主題十]樂音的三個要素
影響聲音多變的因素有三個:
(1)響度:
聲音的強弱(大小),稱為「響度」。
決定於聲波的振幅。
(能量)
響度大的聲音,傳的遠。
(不是傳的快)
響度的單位:
分貝,符號:
dB。
(傳的快慢看介質;
傳的遠近看響度)
(2)音調:
聲音的高低音(振動頻率),稱為「音調」。
決定於聲波的振動頻率。
音調大的聲音,聽起來高。
振動體愈輕薄短小細緊,其振動時會使音調高。
音調的單位:
赫,符號:
Hz。
人耳所能聽見的聲音頻率範圍:
20~20000Hz。
八音階各音頻率表
唱名
Do
Re
Mi
Fa
Sol
La
Si
頻率(Hz)
262
294
330
349
392
440
494
524
頻率趨勢
(3)音品:
聲音的特色,稱為「音品」,也稱「音色」。
決定於聲波的波形。
波形相似的聲音,聽起來就會很相像。
[講解主題十一]聲音強度
響度的單位是分貝(dB),它是如何定義的呢?
(1)將人耳所能聽見的最小聲音強度定為0分貝。
(2)分貝數愈大,表示聲音愈大聲。
每增加10分貝,聲音強度增強10倍
[講解主題十二]聲音的共鳴
我們發現一個現象,當我們以捶打甲音叉時,旁邊的乙音叉也會振動而發聲起來….
(1)二音叉能發生共鳴現象的條件是二音叉振動頻率相同。
此現象也稱共振。
(2)共鳴現象可說明:
波傳遞能量。
(3)音叉下方連接一個空箱,它的作用是增加響度。
[說明例題004]樂音三要素
1.40分貝的聲音強度是10分貝的強度是四倍?
(X)。
應為(103)倍;
用「每增加10分貝,聲音強度增強10倍」解題
2.有甲、乙、丙三音叉,用木槌敲擊,使之發音。
甲音叉發音頻率f為500赫,40分貝;
乙音叉f=200赫,90分貝;
丙音叉f=100赫,60分貝。
則:
(1)聽起來發音最尖銳的是哪一音叉?
__甲__。
(高低尖銳低沉看頻率)
(2)聲音最響亮的是哪一音叉?
__乙____。
(大小強弱響亮看響度)
(3)聲音可傳得最遠的是哪一音叉?
_乙__。
(遠近看響度)
(4)聲音可傳得最快的是哪一音叉?
__一樣____。
(快慢看介質)
(5)能產生共鳴現象的音叉是哪些?
_無__。
(共鳴看頻率)
3.取三支完全相同的玻璃管,各裝水如右圖所示,試問:
(1)用口向管口吹氣,以ˉCˉ管發聲音調最高。
(2)用木槌敲擊各管底部亦可發聲,以ˉAˉ管發聲音調最低。
先找出誰在振動?
用口去吹:
振動的是空氣柱。
用木槌敲:
振動的是水柱。
[回家練習004]樂音三要素
1.附圖為小朋友常玩的敲擊樂器,該樂器是由長短不一的鋼管所組合而成,其音階由低至高排列順序為何?
_左至右_。
(填由左至右或由右至左)
2.(B)兩種不同的樂器發出聲音並連接上示波器,得到聲音的波形如上右圖所示,則此兩種聲音的不同點為何?
(A)頻率 (B)音色 (C)速率 (D)波長。
3.(C)聽電話時,我們可以從聲音中辨認出是哪一位親友,這是依據聲音的哪一個特性?
(A)音調高低 (B)振幅大小 (C)聲音波形 (D)講話快慢。
4.(D)已知響度每增加10分貝,聲音強度增強10倍,則50分貝的聲音強度是10分貝的多少倍?
(A)5 (B)40 (C)500 (D)10000。
5.(B)彈奏吉他時,我們在事前常調整絃線的鬆緊度,這個動作是為了調整聲音的?
(A)響度 (B)音調 (C)音色 (D)音速。
6.(A)電視影集“百戰天龍”裡,馬蓋先為了要打開一個音調為Mi、Sol、Si、Re的音樂鎖,他取得了四個大小相同的酒杯,倒了四杯酒如圖,以嘴唇貼著瓶口吹氣,而得到這四個音調,終於將鎖打開,請問他必須按照什麼順序對酒杯吹氣?
(A)bcda (B)abcd (C)dcba (D)adcb。
7.(C)在一定溫度下,先後敲擊甲、二兩音叉,分別測得某處兩聲波空氣振動位移對時間的變化關係如上右圖,則下列何者正確?
(A)甲波響度小,音調高,聲速較快 (B)甲波響度大,音調低,聲速較慢。
(C)甲波響度小,音調低,但兩者聲速相同 (D)甲波響度大,音調高,但兩者聲速相同。
第6章波動與聲音的世界
第五節揮別噪音
何謂樂音
樂音:
悅耳,振動規律、波形規律的聲音
何謂噪音
噪音:
難受,振動不規律、波形不規律的聲音
本章節結束…
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