机械波的13个例子
1.横波的相位差
请看下图所示的正弦波图像！
如果上述正弦波的波长为 80 厘米，那么相位差为 3/4 的点是……
A. P 与 Q
B. P 与 R
C. P 与 S
D. Q 与 S
急诊室与S
讨论
PQ = 3/4 波长
PR = 1 1/2 = 1,5 波长
PS = 2 波长
QS = 1 1/4 = 1,25 波长
RS = 1/2 波长
正确答案是 A。
2.开管和闭管风琴
现设两根管风琴管，一根开口，一根闭口，两根长度相等。若空气中的声速为 340 米/秒，则两根开口管的泛音频率与两根闭口管的泛音频率之比为……
讨论
我们都知道：
管风琴管打开和关闭时的长度相同。
空气中的声速 (v) = 340 米/秒
问：
答案：比较开放式和封闭式管风琴管的第二泛音（f₃）的频率f。
打开的管风琴管
开口管风琴管或开口管是指两端都开口的管子，如图所示。
右图是开放式管风琴管中声波的示意图，其中波节代表空气密度，波腹代表空气张力。
基本螺距 (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
第二泛音 (f₃ ) = 3 f₁ = 3 (170/L) = 510/L
封闭式管风琴管
封闭式管风琴管，或称封闭式管，是指一端开口、另一端封闭的管子，如下图所示。如果管子的两端都封闭，则该管子无法使用。
右图是封闭管风琴管中声波的示意图，其中波节代表空气密度，波腹代表空气张力。
基本螺距 (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
第二泛音 (f₃ ) = 3 f₁ = 3 (85/L) = 255/L
开放式和封闭式管风琴管的第二泛音频率f (f 3 ) 的比较
510/升：255/升
510：255
2：1
3.声波强度等级
功率为 12,56 W 的声源均匀地向周围介质发射声波。声波的阈值强度为 10⁻¹² W / m²。距离声源 10 米处的声波辐射强度为……
讨论
我们都知道：
功率 = 12,56 瓦
声阈值强度 (I <sub>o</sub> ) = 10 -12 Wm -2
距离 (r) = 10 米
问：强度等级（TI）
Jawab：
功率（P）、强度（I）和距离（r）之间的关系式为：
强度等级（TI）：
4.声音强度
一个扬声器系统发出 36π瓦的声功率，在距离扬声器 x 处听到的声强为 80 分贝。（I₀ = 10⁻¹²瓦·米⁻²）。x 的正确值为……
A. 100米
B. 160米
C. 175米
D. 225米
东 300 米
讨论
已知：
功率 (P) = 36π瓦特
强度级 (TI) = 80 dB
距离 = x
人耳听觉极限 (I<sub> o</sub> ) = 10 <sup>-12 </sup> W att.m<sup> -2</sup>
问： x 的值是多少？
回答 ：
功率（P）、强度（I）和距离（x）之间的关系式为：
首先计算距离 x 处的声强：
声音强度：
计算 x 的值：
正确答案是 E。
5.行波
2015/2016年度高中/硕士物理全国统考试题第24题
用国际单位制 (SI) 表示的行波方程为 y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
根据以下陈述：
（1）波传播速度 100 ms -1
（2）当 x = 0 且 t = 0 时，波偏角 = 0
（3）波频率 20 Hz
（4）波幅 2 厘米
哪个是正确的？
A. (1) 和 (2)
B. (1) 和 (3)
C. (1) 和 (4)
D. (2) 和 (4)
E.（2）和（3）
讨论
波动方程的三种形式：
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T 且 k = 2π / λ
y = A sin (2π/T) t – (2π/λ) x
y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2
y = A sin 2π (ft – x/λ) ——-> 2
T = 1/f 且 λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
上述问题中的行波方程与形式 2 相同：
y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
y = 0,2 sin π (0,2 x-20t)
y = 0,2 sin 2 π (0,1 x-10t)
y = 0,2 sin 2 π (x/10 -10t)
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = 振幅 = 0,2 米 = 0,2 (100 厘米) = 20 厘米
f = 频率 = 10 s⁻¹ = 10 赫兹
λ = 波长 = 10 米
v = 波传播速度 = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
正确答案是 A。
6.多普勒效应
一辆救护车以 72 公里/小时的速度行驶，同时鸣响频率为 1500 赫兹的警笛。一辆摩托车以 20 米/秒的速度与救护车沿相反方向行驶。如果空气中的声速为 340 米/秒，那么摩托车在接近和远离救护车时听到的频率之比是多少？
A. 25 : 36
B. 36 : 49
C. 64 : 81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
讨论
标志规则：
v 始终为正。
如果听者靠近声源，则vp为正值。
如果听者远离声源，则vp为负值。
如果声源背对听者，则vs为正值。
如果声源正向听者靠近，则vs为负值。
如果听者保持沉默，则 v p = 0。
如果声源无声，则v s = 0。
已知：
声源频率 (f) = 1500 Hz
听者速度 (v<sub> p</sub> ) = 20 米/秒
声源速度 (v/ s ) = 72 公里/小时= 72 (1000 米) / 3600 秒 = 72.000/3600 米/秒 = 20 米/秒
声速 (v) = 340 米/秒
问题：比较摩托车骑手在接近和远离救护车时听到的频率
回答 ：
多普勒效应公式：
摩托车骑手接近救护车时听到的频率
两者方向相反，因此当摩托车靠近救护车时，它们也在相互靠近。如果听者靠近声源，则vp为正；如果声源靠近听者，则 vs 为负。
摩托车手驶离救护车时听到的频率
两者方向相反，因此当摩托车远离救护车时，它们也彼此远离。如果听者远离声源，则vp为负值；如果声源远离听者，则vs为正值。
比较摩托车骑手在接近和远离救护车时听到的频率。
正确答案是D。
声强
7.请看下图！
如果 P 点是一个向各个方向辐射的声源，那么 S、R 和 Q 点的声强之比分别为……
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
讨论
已知：
点 Q 到声源的距离 (r)Q) = 3 米
点 R 到声源的距离 (r_R ) = 6 米
点 S 到声源的距离 (r<sub> S</sub> ) = 5 米
Q 点的声强 = I Q
R 点的声强 = I R
S 点的声强 = I S
问题：比较S、R 和 Q 点的声强（I <sub>S </sub> :I<sub> R</sub> :I<sub> Q</sub> ）
回答 ：
S 点的声强：
R 点的声强：
S 点的声强：
S、R、Q三点声强对比：
正确答案是D。
8.声波从声源向各个方向均匀传播。A 点距声源距离为 P，B 点距声源距离为 2P，C 点距声源距离为 4P。A、B、C 三点接收到的声强之比为……
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
讨论
已知：
点 A 到声源的距离 (r A ) = P
点 B 到声源的距离 (r<sub> B</sub> ) = 2P
点 C 到声源的距离 (r C ) = 4P
A 点的声强 = I A
B 点的声强 = I B
C 点的声强 = IC
问题：比较A、B 和 C 点（IA ：IB ：IC ）的声强
回答 ：
A点的声强：
B点的声强：
C点的声强：
A、B、C三点声强对比：
正确答案是 A。
9.多普勒效应
下图显示的是一辆警车追捕一辆驾驶机动车辆的犯罪分子：
一辆警车鸣响频率为 9.30 Hz 的警笛，追赶一辆以 72 km/h 的速度逃逸的摩托车。警车加速至 108 km/h追上罪犯。如果空气中的声速为 340 m/s ，那么摩托车上的罪犯听到的警笛声的频率是多少？
A. 850 赫兹
B. 900 赫兹
C. 960 赫兹
D. 1.020 赫兹
E. 1.200 赫兹
讨论
标志规则：
v 始终为正。
如果听者靠近声源，则vp为正值。
如果听者远离声源，则vp为负值。
如果声源背对听者，则vs为正值。
如果声源正向听者靠近，则vs为负值。
如果听者保持沉默，则 v p = 0。
如果声源无声，则v s = 0。
已知：
声源频率 (f) = 9 至30 Hz
听者的速度 (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 米) / 3600 (秒) = 72.000/3600 米/秒 = 20 米/秒 = -20 米/秒-1 (负值是因为罪犯正在远离警察)
声源速度 (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 米) / 3600 (秒) = 108.000/3600 米/秒 = 30 米/秒 = -30 米/秒-1 (负值是因为警察正在接近罪犯)
声速 (v) = 340 ms -1
求：听者听到的声音频率（f'）
回答 ：
多普勒效应公式：
正确答案是C。
声强级
10.在一个礼堂里，100名学生正在学习唱歌。如果一名学生唱歌时的声强级为40分贝（假设每个孩子都一样），那么礼堂内产生的声强为……（I₀ = 10 -12 Wm -2）
A. 10 -4 Wm -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
E. 10 -8 Wm -2
讨论
已知：
一名学生的强度等级 (T I ) = 40 分贝
人类听觉阈值强度 (I<sub> o</sub> ) = 10 <sup>-12</sup> W/m <sup>2</sup>
学生人数 (x) = 100
问： 100名学生的音量强度如何？
回答 ：
1 名学生的声音强度：
100 名学生的声音强度：
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 W/m 2
正确答案是C。
11. 100台相同机器的声强为10⁻⁷ W · m⁻²。如果I₀ = 10⁻¹² W · m⁻²，那么一台机器的声强级为……
A. 70 分贝
B. 60 分贝
C. 50 分贝
D. 40 分贝
E. 30 分贝
讨论
已知：
100台机器的声强 (I x ) = 10 -7瓦特·米-2
人类听觉阈值强度 (I<sub> o</sub> ) = 10 <sup>-12</sup> W/m <sup>2</sup>
机器数量 (x) = 100 = 10²
问：机器的声强级（TI）
回答 ：
1台机器的噪音强度：
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10⁻⁷ / 10² = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁹
机器的声强级（TI）：
正确答案是 E。
12. 波的一般性质如下：
（1）无法在真空中传播
（2）在不同介质中直接传播
（3）体验反思
（4）经历衍射
（5）遭受干扰
根据以上波动特性，与光波特性相对应的是……
A. 仅 (1) 和 (2)
B. 仅 (3) 和 (4)
C. (2)、(3) 和 (4)
D. (3)、(4) 和 (5)
E. (1)、(3)、(4) 和 (5)
讨论
（1）光波是不需要传播介质的电磁波。由于不需要传播介质，电磁波可以在真空中传播。
（2）当光波在一种介质中传播并进入另一种介质时，光波会发生折射。光的折射是指光波传播方向的弯曲。折射的产生是由于光波在不同介质中的传播速度不同。
（3）除了折射之外，光波还会发生反射。平面镜对光的反射就是光反射现象的一个例子。平面镜的反射特性使得平面镜可以用作化妆工具。
（4）衍射现象不仅发生在光波等电磁波中，也发生在水波、声波等机械波中。
（5）除了光波等电磁波会受到干涉外，水波、绳波或声波等机械波也会受到干涉。
正确答案是D。
13. 注意以下波动特性！
（1）经历衍射
（2）体验反思
（3）无法在真空中传播
（4）可能经历极化
（5）在两种不同介质中直线运动
根据上述波动特性，与声波特征相对应的是……
A. (1)、(2) 和 (3)
B. (1)、(2) 和 (4)
C. (1)、(3) 和 (4)
D. (2)、(3) 和 (4)
E. (3)、(4) 和 (5)
讨论
（1）衍射现象不仅发生在光波等电磁波中，也发生在声波等机械波中。
（2）电磁波（例如光波）和机械波（例如声波或水波）都会发生反射或反弹。声波反射的一个例子是回声。
（3）声波是机械波。机械波是指需要介质才能传播的波。如果没有介质，例如在真空中，声波就无法传播。
（4）横波（例如绳波、水面波）和电磁波（例如光波）都会发生极化现象。声波是纵波，因此不会发生极化现象。
（5）当声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射，即传播方向发生改变。折射发生在波开始进入另一种介质时。
正确答案是 A。
问题来源：
高中/职业高中国家考试物理试题
