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从传声筒到移动通信
电话完全进入了我们的生活,我们每天都离不开它,你知道科学家们发明电话是受什么启发吗?是传声筒。让我们去参观中国科技馆二层探索与发现主题展B厅——声音之韵展,观察、研究一下传声筒,直观地去体验传声筒传递声音的过程吧。
装置简介:两个非常粗的传输声音的金属管在空中盘成螺旋状,布置在展区的两个不同位置,相距大约十几米长,图1左上角就是其螺旋状的管路之一。两个传输声音的金属管分别为听筒管路和话筒管路,两个传输声音的金属管端口分别是听筒和话筒,如图2所示。就像人打电话一样,用话筒说话,用听筒听声音,如图3所示。
声音是由物体振动所产生。在振动介质(空气、液体或固体)中某一质点在平衡位置附近来回发生振动,并带动周围的质点也发生振动,逐渐向各方向扩展,这就是声波。声波前进的过程是相邻空气粒子之间的接力赛,它们把波动形式向前传递,它们自己仍旧在原地振荡,也就是说空气粒子并不跟着声波前进!如图4所示,连续振动的音叉,使周围的空气分子形成疏密相间的连续波形。
声波是一种振动的机械波,它的基本参数是频率f、波长λ和波速v。通过示波器可观测到可视化波形如图5所示。频率是声源(或某一质点) 1秒内来回振动的次数(单位为赫兹Hz),而声源完成一次全振动经过的时间为一个周期T,其单位为秒。显然,。频率与人耳主观感觉声音的音调有关。频率越高,音调也越高。振幅与声音的强度有关。波长是声波在一个周期内传播的距离,也是波形图中相邻波峰(或波谷)的距离。这三者的关系是。
人耳能感觉到的声波频率范围在20~20000Hz,称为音频波。在这个频率范围以外的振动波,就其物理特性而言与声波相似,但在人类不引起声音感觉。声速亦称音速,是声波通过介质传播的速度,它和介质的性质与状态(如温度)等因素有关。在空气中声速为334. 8m/s (22°C时), 水中声速为1440m/s,在钢铁中声速为5000m/s。
现实世界中充斥着各种各样的声波,但因为声波的能量随扩展的距离逐渐消耗,最后声音消失,一旦声源远离接受者就无法准确获得信息。早在十八世纪欧洲已有“电话”一词,用来指用线串成的话筒(以线串起杯子)。电话的出现要归功于贝尔,早期电话机的原理为:说话声音为空气里的复合振动,可传输到固体上,通过电脉冲于导电金属上传递。
随着现代移动通信技术的快速发展,声音信号的传递借助电磁波传送。电磁波能够在真空中传播,不但传播速度快,而且频率范围广,但它在水中会被吸收而急剧衰减。和我们关系最密切的就是手机这种移动通信工具,它兼具发射和接收这两种功能,在同步地球卫星的协助下能使通信范围几乎覆盖地球上的每个角落。
请根据上述材料和你学过的物理知识,回答下列问题:
(1)“传声筒”的展示项目,形象地向观众展示了:当一名观众在管路一侧发声,管路中的_________产生振荡,另一侧的观众能够听到传输的声音,两人可进行对话。
(2)以下应用或工具利用“传声筒”原理的是(___________)
A. 超声波医学检查 B. 水瓶琴
C. 天坛回音壁 D. 医生给病人看病用的听诊器
(3)下列说法中正确的是(_____________)
A. 声音的传播速度一定是340 m/s B. 空气粒子并不跟着声波前进
C. 声和电磁波都能在真空中传播 D. 潜入水中的潜艇通信使用电磁波
(4)一列声波从空气中传入水中,以下说法正确的是(___________)
A. 波速变大,波长变长
B. 波速变小,频率不变
C. 波速变大,频率增大
D. 波速变小,波长变长
小英利用激光笔、平面镜和纸板做“探究光的反射规律”的实验.纸板ABCD是用两块纸板ADON和BCON连接起来的.她将一个平面镜放在水平桌面上,把纸板ABCD展开成一个平面.
(1)把纸板ABCD倾斜的立在平面镜上,如图甲所示,使一束光贴着纸板ABCD沿某一个角度射到O点,经平面镜反射,在纸板ABCD上______看到反射光(选填“能”或“不能”);
(2)把纸板ABCD竖直的立在平面镜上,如图乙所示,纸板上的直线ON垂直于平面镜,使一束光贴着纸板ABCD沿某一个角度射到O点,经平面镜反射,在纸板ABCD上_____看到反射光(选填“能”或“不能”);
(3)把纸板BCON向后折,纸板上的直线ON仍垂直于平面镜,如图丙所示,使一束光贴着纸板ADON沿某一个角度射到O点,经平面镜反射,在纸板上BCON上_____看到反射光(选填“能”或“不能”).由上述实验验证:反射光线在_____的平面内.
在学校的小花园里,有四九届校友送给母校百年华诞的礼物——日晷,并刻有校训“诚爱勤勇”,如图所示。日晷是我国古代用来测量时间的仪器,能够利用金属针被太阳光照射时投在石盘上的影子记录时刻。这里运用的物理规律是________________。
小龙通过实验“探究水沸腾前后温度变化的特点”。请根据要求回答下列问题:
(1)如图所示是他最初组装好的实验器材,请你指出图中的一个错误是:___________。
(2)他改正错误后,进行了实验,并将实验数据记录在下表中。由表中数据可知,水的沸点T=___________℃。
t/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
T/℃ | 50 | 57 | 64 | 71 | 78 | 85 | 91 | 94 | 96 | 97 | 98 | 98 | 98 | 98 |
(3)根据数据可以推断,在其它条件都不变的情况下,在t=13min后继续加热,水的温度会___(选填“升高”、“不变”或“降低”)。
(4)小龙感觉水从加热到沸腾的时间太长,请你给他提出一个能有效缩短实验时间的方____________________。
如图甲所示,是“探究萘熔化时温度的变化规律”的实验。请回答下列问题:
(1)将装有萘的试管放入水中加热,而不是用酒精灯直接对试管加热,在加热过程中还进行搅拌,这样做是为了使试管中的萘受热___________,而且萘的温度上升较__________(填“快”或“慢”),便于及时记录各个时刻的温度。
(2)除图甲所示实验器材外,还需要的实验器材有火柴和__________。
(3)如图乙所示的温度计的示数为____ °C, 萘的温度随时间变化的图像如图丙所示,由图可知,将萘加热到8min末,试管中的萘所处的物态是__________态。
纸的着火点约183℃,酒精灯火焰温度约500℃,吹风机吹出的热风温度约60℃.如图所示,用纸锅装些水.若用吹风机吹出的热风给纸锅加热,水_________(选填“会”或“不会”)沸腾;若将纸锅放到酒精灯上加热,在水沸腾时,纸锅_________(选填“会”或“不会”)燃烧.