物理声现象 思维导图
中心主题：物理声现象
一级分支一：声音的产生
- 核心条件：
- 物体必须振动
- 必须有介质 (固体、液体、气体)
- 声源：
- 正在发声的物体。
- 举例： 振动的声带、振动的音叉、振动的琴弦、振动的扬声器纸盆。
- 声波：
- 定义： 声音以波的形式传播。
- 性质： 是一种机械波，需要介质传播。
- 分类：
- 声波： 频率在 20Hz ~ 20000Hz 之间，能被人耳听见。
- 次声波： 频率低于 20Hz，地震、海啸、核爆炸。
- 超声波： 频率高于 20000Hz，B超、声呐、超声波清洗。
一级分支二：声音的传播
- 传播条件：
- 介质： 声音不能在真空中传播。
- 气体传播最慢，固体传播最快。 (因为固体分子间距小，作用力强)
- 温度： 声速与温度有关，一般，温度越高，声速越快。
- 介质： 声音不能在真空中传播。
- 描述声波传播的物理量：
- 声速 (v)：
- 定义：声音在介质中传播的快慢。
- 公式：
v = s / t(路程 / 时间) - 常温下（15℃）空气中的声速约为 340 m/s。
- 频率 (f)：
- 定义：声源在1秒内振动的次数。
- 单位：赫兹。
- 决定声音的音调。 频率越高，音调越高。
- 波长 (λ)：
- 定义：声波在介质中传播时，相邻两个振动完全相同的点之间的距离。
- 单位：米。
- 三者关系：
- 公式：
v = f × λ - 物理意义： 在同一种介质中，声速一定，频率与波长成反比。
- 公式：
- 声速 (v)：
- 声波的形式：
- 纵波： 物质的振动方向与波的传播方向在同一直线上，声波是纵波。
- 波形图：
- 横轴： 时间。
- 纵轴： 振幅。
- 反映： 声音的响度和音调。
- 振幅： 波形的高度，决定响度。
- 频率： 波形的疏密，决定音调。
一级分支三：声音的特性 (三要素)
- 音调
- 定义： 声音的高低。
- 决定因素： 声源的振动频率。
- 关系： 频率越高，音调越高。
- 应用： 音乐中的“Do Re Mi”，女生声音通常比男生尖细（音调高）。
- 响度
- 定义： 声音的强弱，即声音的大小。
- 决定因素：
- 振幅： 振幅越大，响度越大。
- 距离声源的远近： 距离越远，响度越小（能量分散）。
- 单位： 分贝。
- 人耳听觉范围： 0dB (人耳听阈) ~ 120dB (痛觉阈)。
- 应用： 调节音量开关。
- 音色
- 定义： 声音的品质、特色。
- 决定因素： 发声体的材料、结构。
- 物理本质： 不同发声体发出的波形虽然基频（音调）和振幅（响度）可能相同，但泛音（谐波）的多少和强弱不同。
- 应用： “闻其声而知其人”，区分不同乐器。
一级分支四：声音的利用
- 传递信息
- 应用举例：
- 交谈、听讲： 语言交流。
- B超： 利用超声波探测人体内部情况。
- 声呐： 利用超声波探测海洋深度、鱼群位置或水下障碍物。
- 超声波探伤： 检测金属内部是否有裂纹。
- 回声定位： 蝙蝠、海豚利用超声波导航和捕食。
- 应用举例：
- 传递能量
- 应用举例：
- 超声波清洗： 利用超声波的高频振动去除精密零件上的污垢。
- 超声波碎石： 利用超声波的高能量击碎人体内的结石（如肾结石）。
- 扬声器发声： 使纸盆振动，推动空气发声。
- 声波武器： 利用高强度声波使人眩晕或难受。
- 应用举例：
一级分支五：噪声的危害和控制
- 噪声的定义
- 物理学角度： 发声体做无规则振动时发出的声音。波形是杂乱无章的。
- 环境保护角度： 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。
- 噪声的等级与危害
- 单位： 分贝。
- 危害：
- 影响睡眠和休息。
- 损害听力，甚至引起耳聋。
- 使人烦躁、降低工作效率。
- 诱发疾病（如心血管疾病）。
- 控制噪声的三个途径
- 在声源处控制： 防止噪声产生。
- 方法： 改造声源（给机器加消声器），禁止鸣笛。
- 在传播过程中控制： 阻断噪声的传播。
- 方法： 隔音墙、道路两旁种树、关闭门窗、用吸音材料装修。
- 在人耳处控制： 防止噪声进入耳朵。
- 方法： 戴耳塞、耳罩、头盔。
- 在声源处控制： 防止噪声产生。
一级分支六：声的其它现象
- 回声
- 定义： 声音遇到障碍物反射回来的现象。
- 回声的应用：
- 测距：
s = (v × t) / 2(s是距离，v是声速，t是时间)。 - 增强音响效果： 音乐厅、剧院的墙壁和天花板做成凹凸不平的形状，利用回声使声音更洪亮。
- 测距：
- 人耳区分回声的条件： 回声与原声的时间间隔大于 0.1秒 (对应距离差大于17米)。
- 共鸣
- 定义： 一个物体振动发出声音，引起另一个与频率相同的物体也振动的现象。
- 举例： “共振箱”（吉他、小提琴的琴身），频率相同的音叉靠近时会共鸣发声。
