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第二章 声音与环境
专题3 利用声音测距离
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1. (淮北二中期末)科学工作者利用声呐探测海底深度。从海面船底向海底垂直发射声波信号,经过4 s后接收到回波信号。已知该声波在海底的传播速度为1530 m/s,则被测量处海底的深度为 m。
类型1 声源及障碍物静止
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2. 在学校的秋季运动会上,小刚担任百米赛跑的终点计时员,他听到枪响后才开始计时,测出了小明的成绩为11.46 s,当天声音在空气中传播的速度取340 m/s。求:
(1)发令后,经过多少时间小刚才听到枪声?(保留两位小数)
(2)小明同学的实际成绩。
解:(1)发令后,小刚听到枪声经过的时间
t== ≈0.29 s。
(2)小明同学的实际成绩
t实=t0+t=11.46 s+0.29 s=11.75 s。
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3. 下图是测量水中声速的实验,水面上两船相距15 km,实验员在一条船上敲响水里的一口钟,同时点燃船上的火药使其发光;另一条船上的实验员在看到火药发光后经过10 s,通过水里的听音器听到了水下的钟声(光传播的时间忽略不计)。求:
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(1)声音在水中传播的速度;
(2)若水面船只的声呐向海底发出声波,2 s后接收到回波,则海底深度是多少米?
解:(1)声音在水中传播的速度为
v = = =1 500 m/s。
(2)海底深度为
h= vt′= ×1 500 m/s×2 s=1 500 m。
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4. 研学活动中,小明跟随地质队探索大自然的奥秘。一山谷的两旁都是峭壁,小明和地质员测量出山谷的宽度为340 m。然后他在山谷内敲打石块,0.5 s后他听到从左边峭壁反射回来的第一次回声。如图所示,这是小明绘制的声音传播路径简图。(当时的声速为340 m/s)求:
(1)敲石处到左边峭壁的距离;
(2)从敲打石块开始到小明听
到从右边峭壁反射回来第二次回
声所经历的时间。
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解:(1)敲石处到左边峭壁的距离
s1= vt1= ×340 m/s×0.5 s=85 m。
(2)敲石处到右边峭壁的距离
s2=340 m-85 m=255 m
声音由敲石处到右边峭壁所用时间
t2= = =0.75 s
声音由敲石处到右边峭壁所用时间与声音从右边峭壁到敲石处所用时间相同,所以听到第二次回声时所经历的时间t3=2t2=2×0.75 s=1.5 s。
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5. (新思维 科学推理)如图所示,长度为160 m的火车在水平轨道上匀速行驶,在从山崖驶向大桥的过程中,火车在车头距离桥头200 m处鸣笛,鸣笛5 s后,车头到达桥头,此时车头的司机听到来自山崖的回声,听到回声40 s后,车尾驶过桥尾。(声音在空气中的传播速度为340 m/s)求:
(1)火车的速度;
(2)大桥的长度;
(3)桥头到山崖的距离。
类型2 声源或障碍物运动
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解:(1)从鸣笛到车头到达桥头,路程为s1=200 m,时间为t1=5 s,故火车的速度为v1= = =40 m/s。
(2)过桥时间为t2=40 s,则车头经过的路程为
s2=v1t2=40 m/s×40 s=1 600 m
大桥的长度为s桥=s2-s车=1 600 m-160 m=1 440 m。
(3)司机听到回声时声音传播的距离为
s声=v声t1=340 m/s×5 s=1 700 m
故桥头到山崖的距离为
l= = =950 m。
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6. (六安金寨期中)某同学乘坐的汽艇前方有一座高崖,他向高崖大喊一声,经5 s后听到回声(15 ℃空气中),求:
(1)若汽艇静泊水面,他离高崖多远?(水不流动)
(2)若汽艇以20 m/s的速度背离高崖驶去,他喊叫时离高崖多远?(水不流动)
解:(1)15 ℃空气中声音的传播速度为v声=340 m/s
若汽艇静泊水面,他到高崖的距离
s= v声t= ×340 m/s×5 s=850 m。
(2)若汽艇背离高崖驶去,喊叫时到高崖的距离
s′= ×(s声-s艇)= ×(v声t-v艇t)= ×(340 m/s×5 s-20 m/s×5 s)=800 m。
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7. (合肥包河区阶段检测)如图所示,汽车在平直的公路上匀速行驶,在其前方有一固定的测速仪向汽车发出两次短促的声波信号,第一次发出信号到接收到信号用时0.6 s,第二次发出信号到接收到信号用时0.4 s,测出汽车的速度为34 m/s,声波的速度为340 m/s。求:
(1)汽车第一次接收到信号的位置到测速仪的距离;
(2)测速仪两次发出信号的时间间隔。
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解:(1)由题意知,汽车第一次接收到信号的位置到测速仪的距离
s1= v声t1= ×340 m/s×0.6 s=102 m。
(2)汽车第二次接收到信号的位置到测速仪的距离s2= v声t2= ×340 m/s×0.4 s=68 m
汽车在这个过程中通过的路程
s3=s1-s2=102 m-68 m=34 m
汽车通过34 m所用的时间t3= = =1 s
测速仪两次发出信号的时间间隔
Δt=t1+t3-t2=×0.6 s+1 s-×0.4 s=1.1 s。
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