声速二题

来源:用户上传      作者: 郭　治

　　 一、“闪光雷”的妙用
　　
　　 春节时你放过“闪光雷”这种爆竹吗？把它点燃之后，一声巨响和一道光亮同时从那爆竹上发射出来.现在我们就用它来测量一下声速.
　　 找一块秒表或带秒表功能的电子手表，准备几只“闪光雷”爆竹.到一片开阔的地方，甲同学拿着“闪光雷”站在一处，乙同学跑到距甲1km的地方，准备好秒表.当看到燃爆的“闪光雷”的闪光时马上按表，听到声音时再按一次表，记下时间，就可以计算声速了.
　　 1738年，法国有几位科学家做了类似的实验，测定了空气中的声速.他们把两门大炮架在相距27 km的两个山头上.先在甲山放炮，乙山上的人测量从看到炮火到听到炮声的时间，然后再由乙山上的人放炮，甲山上的人测量时间.实验结果是，从甲山到乙山和从乙山到甲山的声速都是一样的，是337 m/s.
　　 后来有许多实验证明声音在空气中的速度和声音本身没有关系，炮声和雷声，高音和低音，声速都是一样的.但是，空气的温度不同，声速可就不同了：
　　－30℃时声速为313 m/s，100 ℃时声速为386m/s。温度越高，声速越大.大约气温每升高1℃，声速就要增加0.6 m/s.
　　 精确的实验还证明，各种气体中的声速是不同的.在同样状态下，气温为0℃时，二氧化碳中的声速是259 m/s，氢气中的声速是1284m/s，氧气中的声速是316m/s，水蒸气中的声速是494m/s.
　　 必须指出的是，这里说的是声音在开阔的空间里的传播速度，声音在管子里传播的速度是会变快的.
　　 掌握了声速的规律，就可以用它来计算距离了.有经验的战士根据炮火的火光和声响就能估计出大炮的距离.你能用一块秒表，根据闪电和雷声的时间差，计算出打雷的云层有多远吗？
　　
　　 二、一敲三响
　　
　　 关于声速，不妨再做一个实验.
　　 一名同学在自来水龙头上敲一下，另一名同学靠在远处的另一个自来水龙头上听，如果两个龙头相隔足够远，并且是在空旷的地方，他会听到三声响.
　　 一敲三响的道理很简单：第一个响声是自来水管传送来的，声音在金属中跑得最快；第二个响声是自来水管里的水传送来的，声音在水中跑得也挺快；第三个响声是空气传送来的，声音在空气中跑得最慢，也最微弱.如果两个同学相距不太远，也可能只听到两声响，因为第一声响和第二声响的时间间隔太短，人的耳朵分辨不出来.
　　 这个实验证明，声音在不同介质中传播的速度是不同的，声音在不同介质中传播时衰减的情况也是不同的.
　　 第一次测定水中的声速，是1827年在瑞士的日内瓦湖进行的.实验人员准备了两只船，在甲船上，实验人员先在水里放一口钟，敲钟的同时，点燃船上的火药.乙船停在距甲船14km远处，实验人员在水下放一个听音器，然后注意观察甲船，看到闪光后马上记下当时的时间，并测出几秒钟后才能听到钟声.实验的结果是：声音在水中的传播速度是在空气中传播速度的四倍多（1450m/s）.
　　 人们又经过反复实验，发现水中的声速也受温度影响.海水里含盐的多少也对声速有影响.在各种因素中，温度对声速的影响最大，每升高1℃，水中声速大约增大4.6 m/s.
　　 科学家们还测出了各种液体中的声速.在20℃时,纯水中的声速是1482.9 m/s ，水银中的声速是1451m/s，甘油中的声速是1923m/s，酒精中的声速是1168m/s，四氯化碳液体中的声速是935m/s.由此可见，声音在液体中传播大都比在空气中传播得快.
　　 固体中的声速也各不相同.在金属中，铍是传声能手，在用铍做的棒内，声速可达12890 m/s，是空气中声速的38倍.聚乙烯塑料传声本领较差，声速只有920 m/s，不及水中声速快.软橡胶富有弹性，声音在里面走得很慢，速度只有30 m/s ~50 m/s，还不及空气中的声速呢！
　　 知道了各种介质中的声速，我们就可以利用声速进行测量了.
　　 一名同学在铁桥的一端，用锤子敲了一下铁轨，另一名同学用秒表在铁桥的另一端计时，他先听到一个响声（是铁轨传来的），马上按一下秒表，又听到一个响声（是空气传来的），再按一下秒表，就记录了时间差.假设这个时间差是0.2秒，空气中的声速按340 m/s计，铁轨中的声速按5000m/s计，你能求出铁桥的长度吗？
　　 （参考答案：73m）

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