四、噪声的危害和控制同步练习

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一 四 噪声的危害和控制及声的利用 同步探究
［课题］火车的汽笛声怎么会变？
［内容］一个风和日丽的星期日，老师带领同学们到学校附近的火车站去活动，让学生留心观察当火车从远处疾驰而来时汽笛的声音，并同时注意火车远去的时候的汽笛声，并分组讨论其中的奥秘.
［过程］
1.同学们留心观察后发现：当火车疾驰而来的时候，汽笛声音很尖，音调变高；当火车驶去时，汽笛声音低沉，音调变低.
2.同学们都对这一现象感到好奇，兴趣很浓，立刻投入到激烈的讨论当中.
第一组：声音的音调是由物体振动的频率决定的，难道汽笛的发声频率在变化吗？
第二组：我们认为汽笛发声的频率不会变.
第三组：难道是我们听到的频率发生变化吗？
第四组：若是我们听到的频率发生了变化？有理论依据支持你的说法吗？
火车的汽笛可以看作一个声源，当火车和观察者相对静止时，它发出来的声音的频率就是我们听到的声音的频率.例如：声源发出每秒2500次的振动，听者就听到2500 Hz的音调，当声源和观察者之间都静止不动时，观察者听到声源发出的音调是不会变化的；当两者之间发生相对运动时，火车运动人不动，听者听到声源发出的音调发生了变化.
当声源向观察者靠近时，观察者听到的声音频率为f′，声源的频率为ft和声源的运动速度vt及声音在空气中的传播速度v有如下的关系：
f′=ft
这种情况下，观察者听到的声音音调就比声源发出的音调要高.因为＞1.
当声源远离观察者而去时，观察者听到声音频率为f″，它和ft、vt、v之间的关系为
f″=ft
这样，观察者听到的声音，音调就比声源发出的音调要低了（因为＜1)
假如声源没有运动，则vt=0，这样便有
f′=f″=ft
表示听者听到声音的音调与声源发出的音调是一样的.
［结果］这一现象，首先是由奥地利的物理学家多普勒发现的，所以称为多普勒效应.这个效应就是说明这样一个事实：
由于声源和观察者之间的相对运动，观察者感受到音调发生了变化，当两者相互接近时，观察者接受到的声音的音调要升高；相互离开时，观察者接收到的音调要降低.
但是有多普勒效应发生时，声源本身发声的频率并没有发生变化.
老师最后指出：不仅声波传播时有多普勒效应，光波传播中也存在多普勒效应.比如，天文学家接收到从遥远的星体来的光波频率有微小变化，利用多普勒效应来解释，就知道这个星体是向着地球还是背离地球运动着；同时从频率微小变化的量，可以计算出该星体的运动速度.
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