八年级物理上册第二章：声现象 思维导图
一、声音的产生 (Sound Production)
- 核心概念: 声音是由物体的 振动 (Vibration) 产生的。
- 一切正在发声的物体都在振动。
- 振动停止，发声也 停止 (注意：是发声停止，而不是声音消失，原来发出的声音仍在传播)。
- 声源 (Sound Source): 正在发声的物体称为声源。
- 固体、液体、气体都可以作为声源。
- 示例:
- 固体: 敲击的鼓面、拨动的琴弦、振动的音叉、人的声带。
- 液体: 流动的水（如瀑布声）、海浪拍击。
- 气体: 吹奏的管乐器中的空气柱、刮风声、雷声（空气快速膨胀振动）。
- 探究实验:
- 音叉实验:
- 敲击音叉，使其接触水面，观察到水花四溅，证明音叉在振动。
- 敲击音叉，使其接触悬挂的轻质小球（如乒乓球），观察到小球被弹开，证明音叉在振动（转换法）。
- 鼓面实验: 在鼓面上撒些小纸屑或米粒，敲击鼓面，观察到纸屑/米粒跳动，证明鼓面在振动。
- 说话实验: 说话时用手触摸喉咙，感觉到声带在振动。
- 音叉实验:
二、声音的传播 (Sound Propagation)
- 条件: 声音的传播需要 介质 (Medium)。
- 介质可以是 固体、液体 或 气体。
- 真空不能传声: 声音无法在真空中传播。
- 实验: 真空罩中的闹钟实验。逐渐抽出空气，铃声逐渐减弱直至消失，证明声音传播需要介质。月球上是真空，宇航员需要通过无线电进行交流。
- 形式: 声音以 声波 (Sound Wave) 的形式在介质中传播。
- 声波是一种疏密相间的波，向四周传播。
- 声波传递的是 能量 和 信息，介质本身并不随波迁移。
- 类比：水波。
- 声速 (Speed of Sound):
- 定义: 声音在介质中每秒传播的距离。符号：v。单位：米/秒 (m/s)。
- 影响因素:
- 介质种类: 不同介质中声速不同。
- 规律: 一般情况下，v固体 > v液体 > v气体。
- 常见值:
- 空气 (15℃): 约 340 m/s
- 水 (常温): 约 1500 m/s
- 钢铁: 约 5200 m/s
- 介质温度: 同种介质中，温度越高，声速越快。
- 空气中，温度每升高 1℃，声速约增加 0.6 m/s。
- 介质种类: 不同介质中声速不同。
- 计算: s = vt (s: 距离, v: 声速, t: 时间)。
三、声音的特性 (Characteristics of Sound)
- 声音的三要素：音调、响度、音色。
- 1. 音调 (Pitch):
- 定义: 声音的高低。
- 决定因素: 声源振动的 频率 (Frequency)。
- 频率: 物体每秒钟振动的次数。单位：赫兹 (Hertz)，符号：Hz。
- 关系: 频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。
- 影响因素示例:
- 弦乐器：弦越 短、越 细、越 紧，振动频率越高，音调越高。
- 管乐器：空气柱越 短，振动频率越高，音调越高。
- 人声：声带绷得越紧，振动频率越高，音调越高（如女高音 vs 男低音）。
- 可听声范围:
- 人耳能听到的频率范围：约 20 Hz ~ 20000 Hz。
- 超声波 (Ultrasound): 频率高于 20000 Hz 的声音。人耳听不到。
- 次声波 (Infrasound): 频率低于 20 Hz 的声音。人耳听不到。
- 2. 响度 (Loudness):
- 定义: 声音的强弱（大小）。
- 决定因素:
- 声源振动的 振幅 (Amplitude)。
- 振幅: 物体振动时偏离平衡位置的最大距离。
- 关系: 振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。
- 距离声源的远近: 距离声源越远，声音能量分散，响度越小。
- 声源振动的 振幅 (Amplitude)。
- 单位: 分贝 (decibel)，符号：dB。用于描述声音的强弱等级。
- 示例: 大声说话 vs 小声说话；用力敲鼓 vs 轻轻敲鼓。
- 3. 音色 (Timbre/Quality):
- 定义: 声音的品质或特色，用于区分不同的声源。也叫音品。
- 决定因素: 声源的 材料、结构 以及 发声方式 (决定了声波的波形)。
- 作用: 使我们能够分辨出是哪种乐器发出的声音，或者辨别不同人的说话声音。即使音调和响度相同，音色也可能不同。
- 示例: 区分钢琴和小提琴的声音；听声辨人。
四、人耳如何听到声音 (How Humans Hear Sound)
- 过程:
- 声源振动产生声波。
- 声波通过空气等介质传播。
- 外耳道 (External Auditory Canal): 收集声波。
- 鼓膜 (Eardrum): 声波引起鼓膜振动。
- 听小骨 (Ossicles): (锤骨、砧骨、镫骨) 放大并传递振动。
- 耳蜗 (Cochlea): 内部充满液体，含有听觉感受器，将振动转化为神经信号。
- 听神经 (Auditory Nerve): 将神经信号传递给大脑。
- 大脑 (Brain): 分析信号，形成听觉。
- 骨传导 (Bone Conduction):
- 声音通过 头骨、颌骨 等骨骼传递到听觉神经，引起听觉。
- 示例: 用牙齿咬住振动的音叉也能听到声音；贝多芬晚年失聪后利用骨传导听音乐。
- 双耳效应 (Binaural Effect):
- 利用两只耳朵听到声音的 时间差 和 强弱差 来判断声源的 方向和距离。
- 是立体声的基础。
五、噪声的危害与控制 (Noise Hazards and Control)
- 噪声 (Noise):
- 物理学定义: 由发声体 无规则、杂乱无章 的振动产生的声音。波形杂乱。
- 环境保护角度定义: 凡是 妨碍人们正常休息、学习和工作 的声音，以及对人们要听的声音产生 干扰 的声音，都属于噪声。具有主观性。
- 噪声的等级与危害:
- 单位: 分贝 (dB)。
- 等级划分与影响:
- 0 dB: 人耳刚能听到的最微弱声音 (听阈)。
- 30-40 dB: 较为理想的安静环境。
- 50 dB: 影响睡眠和休息。
- 70 dB: 干扰谈话，影响工作效率。
- 90 dB 以上: 会损害听力。
- 150 dB: 瞬间可使双耳失聪。
- 危害:
- 心理影响: 使人烦躁、精力不集中、影响睡眠。
- 生理影响: 损害听力、引起头痛、高血压、心脏病等。
- 控制噪声的途径:
- 1. 在声源处减弱 (Reduce at the source):
- 改进机器设计、加装消声器（如摩托车排气管）。
- 给机器加润滑油、用弹性材料垫在机器下面。
- 市区禁止鸣笛。
- 2. 在传播过程中减弱 (Reduce during transmission):
- 吸声: 使用吸声材料（如多孔材料、布艺）。影剧院墙壁采用吸声材料。
- 隔声: 建立隔声屏障（如高速公路旁的隔音墙）、植树造林、安装双层玻璃窗。
- 改变声音传播方向。
- 3. 在人耳处减弱 (Reduce at the receiver):
- 佩戴耳塞、耳罩、头盔等。
- 捂住耳朵。
- 1. 在声源处减弱 (Reduce at the source):
六、声的利用 (Utilization of Sound)
- 声可以传递信息 (Sound Transmits Information):
- 语言交流: 人类最重要的信息传递方式之一。
- 音乐: 传递情感和艺术信息。
- 回声定位 (Echolocation):
- 原理: 利用声波的反射。
- 应用:
- 蝙蝠、海豚等利用超声波进行捕食和导航。
- 声呐 (Sonar): 探测海洋深度、鱼群、潜艇、绘制海底地形图等。 ( s = vt/2 )
- B 超 (B-scan Ultrasound): 利用超声波检查人体内部器官状况。
- 工业探伤: 利用超声波检测金属部件内部的缺陷。
- 地质勘探: 利用人工产生的声波（地震波）分析地下结构。
- 听诊器: 放大心脏、肺部等声音，帮助医生诊断。
- 声可以传递能量 (Sound Transmits Energy):
- 超声波清洗: 利用超声波在液体中产生的空化效应清洗精密仪器、眼镜、首饰等。
- 超声波碎石: 利用超声波的能量击碎人体内的结石（如肾结石、胆结石）。
- 超声波焊接: 利用超声波产生的高频振动和热量焊接金属或塑料。
- 超声波加湿器: 利用超声波将水打散成微小雾滴。
- 次声波武器: 某些频率的次声波会对人体器官产生共振，造成伤害（研究中）。
- 回声 (Echo):
- 声音在传播过程中遇到障碍物被反射回来的现象。
- 听到回声的条件: 原声与回声到达人耳的时间间隔大于 0.1 秒 (人耳的分辨能力)。
- 应用: 测量距离 ( s = vt/2 )，如测海底深度、山洞长度。
- 消除/减弱: 利用吸声材料，避免回声干扰（如音乐厅、录音棚）。
- 加强原声: 当时间间隔小于 0.1s 时，回声与原声混合，使原声更响亮（如在小房间或礼堂讲话声音更大）。
章节重点回顾:
- 声音由振动产生，靠介质传播（真空不传声），以声波形式传播能量和信息。
- 声音特性包括音调（频率决定）、响度（振幅和距离决定）、音色（声源本身决定）。
- 了解人耳听声过程、骨传导和双耳效应。
- 认识噪声的定义、危害和控制途径（声源、传播、人耳）。
- 掌握声的利用（信息传递：回声定位、B超等；能量传递：清洗、碎石等）。
- 熟悉声速与介质、温度的关系，会进行简单计算。
- 区分超声波和次声波及其应用。