難點(diǎn)微專題4——測(cè)聲速問題方法點(diǎn)撥:聲音在空氣中的傳播速度約為340m/s，光在真空中的傳播速度為.題目中同時(shí)涉及聲速和光速時(shí)，審題時(shí)注意光的傳播時(shí)間是否可以忽略。如題：2021年6月28日晚，慶祝中國(guó)共產(chǎn)黨成立100周年文藝演出《偉大征程》在國(guó)家體育場(chǎng)盛大舉行。絢爛的焰火盛放在國(guó)家體育場(chǎng)上空，吸引了大量的市民和游客駐足觀看，如圖所示。某時(shí)刻小明同學(xué)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)館附近看到國(guó)家體育場(chǎng)上空的禮花開始綻放，經(jīng)過約t＝4s后開始聽到它的爆炸聲。已知小明所在地點(diǎn)與國(guó)家體育場(chǎng)間直線距離約為s＝1368m。請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題：（1）若忽略禮花綻放到小明看到禮花所用的時(shí)間，求當(dāng)時(shí)情況下，聲音在空氣中傳播的速度v1。解：若忽略禮花綻放到小明看到禮花所用的時(shí)間，已知聽到爆炸聲音的時(shí)間t＝4s，聲音傳播的距離s＝1368m，則聲音在空氣中傳播的速度為：v1＝；若不忽略禮花綻放到小明看到禮花所用的時(shí)間，已知空氣中的光速為c，求當(dāng)時(shí)情況下，聲音在空氣中傳播的速度v2。（請(qǐng)用題中所給字母s、t、c表示，不必算出具體數(shù)值）若不忽略禮花綻放到小明看到禮花所用的時(shí)間，則有t聲﹣t光＝t，即，解得（3）已知空氣中光速約為c＝3×108m/s，請(qǐng)通過計(jì)算說明用此種方法測(cè)聲速時(shí)，為何可以忽略禮花綻放到小明看到禮花所用的時(shí)間。光在空氣中傳播的時(shí)間為：t光＝，可見t光遠(yuǎn)小于t，所以可以忽略光傳播所需時(shí)間。使用儀器測(cè)聲速時(shí)要注意是否考慮計(jì)時(shí)操作的反應(yīng)時(shí)間，詳見例題。B.例題講解：題型一：賽跑計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)誤差1．在直跑道上進(jìn)行百米賽跑時(shí)，甲、乙兩個(gè)計(jì)時(shí)員用同樣的表測(cè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)，甲看到發(fā)令槍冒煙時(shí)按表，乙聽到發(fā)令槍聲響時(shí)按表，他們測(cè)出的時(shí)間大約相差0.3s，乙計(jì)時(shí)員所測(cè)的時(shí)間較短（聲速是340m/s）。解析：光傳播100m時(shí)間為：t1＝＝≈3.3×10﹣7s；聲音傳播100m時(shí)間為：t2＝＝≈0.3s；故看煙計(jì)時(shí)比聽聲計(jì)時(shí)超前：Δt＝t2﹣t1≈0.3s，也就是甲計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)較長(zhǎng)是正確的，乙計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)較短是錯(cuò)誤的。題型二：計(jì)算閃電發(fā)生位置到人的距離問題2．打雷時(shí)，雷聲和閃電是在同地同時(shí)發(fā)生的。雷雨天，小明觀察到某次閃電經(jīng)歷的時(shí)間為t1，聽到這次閃電發(fā)出的雷聲持續(xù)時(shí)間為t2（不計(jì)云層間回聲時(shí)間），剛開始看到閃電到剛開始聽到雷聲的時(shí)間為t3，聲音和光傳播速度分別為v和c，則（D）A．t1＜t2，閃電發(fā)生位置到小明距離約為vt3 B．t1＝t2，閃電發(fā)生位置到小明距離約為vt3+ct1 C．t1＜t2，閃電發(fā)生位置到小明距離約為vt3+ct1 D．t1＝t2，閃電發(fā)生位置到小明距離約為vt3解析：因?yàn)殚W電與雷聲同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失，所以它們持續(xù)的時(shí)間應(yīng)該是相同的，故t1＝t2；因此，剛開始看到閃電到剛開始聽到需聲的時(shí)間為t3，聲音的速度為v，又因?yàn)楣獾膫鞑r(shí)間可忽略不計(jì)，故閃電發(fā)生位置到小明距離約為vt3。綜上所述，只有D符合題意。題型三：聲速測(cè)量?jī)x測(cè)聲速3．如圖（a）所示，小明和小華同學(xué)合作測(cè)量聲速。實(shí)驗(yàn)中小華應(yīng)看槍煙（選填“聽槍聲”或“看槍煙”）開始計(jì)時(shí)，聽到聲音時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)。如圖（b）所示，是一種聲速測(cè)量?jī)x的實(shí)驗(yàn)裝置圖，使用說明書如下，閱讀并回答問題。使用說明書：（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，甲、乙是聲信號(hào)采集器（2）復(fù)位后用棒錘敲打銅鈴，聲音被甲、乙接受（3）液晶屏顯示甲、乙接受到信號(hào)的時(shí)間差，單位為毫秒（1毫秒＝0.001秒）（1）若把銅鈴放在甲、乙的中點(diǎn)，則液晶顯示屏的示數(shù)為0毫秒；（2）一同學(xué)想驗(yàn)證“聲速隨傳聲介質(zhì)溫度升高而增大”這一結(jié)論是否正確，于是他把銅鈴固定在圖（b）所示位置（與甲乙在一條直線上），打開實(shí)驗(yàn)室空調(diào)提高室內(nèi)溫度后敲打銅鈴。若該結(jié)論是正確的，則液晶顯示屏的數(shù)值會(huì)B；A．變大B．變小C．不變D．無法判斷（3）已知s1＝20cm，s2＝80cm，液晶顯示屏上顯示：1.800毫秒，則此時(shí)聲速約為333.3m/s。（保留一位小數(shù)）解析：聲音在空氣中的傳播速度為340m/s，光在空氣中的傳播速度為3×108m/s；因光在空氣中的傳播速度遠(yuǎn)大于聲音在空氣中的傳播速度，所以在看到發(fā)令時(shí)散發(fā)的白煙按秒表計(jì)時(shí)較為準(zhǔn)確看槍煙；（1）如果銅鈴在甲、乙中點(diǎn)，則銅鈴與甲的距離和與乙的距離是相等的，且由于聲速相同，所以聲音從銅鈴到達(dá)甲、乙的時(shí)間相同，故液晶屏的示數(shù)為0；（2）甲和乙之間的距離一定，由于溫度越高，聲速越大，所以聲音傳播到甲和乙的時(shí)間都會(huì)減少，故時(shí)間差也會(huì)減少，故B正確；（3）設(shè)聲速為v，則聲音從銅鈴傳到甲的時(shí)間為：t1＝，聲音從銅鈴傳到乙的時(shí)間為：t2＝；由題意知：t2﹣t1＝1.8×10﹣3s，所以﹣＝1.8×10﹣3s，解得：v＝≈333.3m/s題型四：光的傳播時(shí)間不可忽略問題聲音的傳播需要時(shí)間，即聲音有速度。1738年法國(guó)幾位科學(xué)家把大炮架在相距27千米的山頭上，甲山頭放炮時(shí)，乙山頭上的人記錄從看見炮的火光到聽到炮聲經(jīng)歷的時(shí)間是80s，并計(jì)算出聲音在空氣中的速度是337.5m/s（結(jié)果保留1位小數(shù)）。上述測(cè)量中，忽略了光的傳播時(shí)間，如果考慮光的傳播時(shí)間，理論上測(cè)出的聲速值會(huì)小一些（選填“大”或“小”）。解析：根據(jù)速度公式，得到聲音在空氣中的速度為：；上述測(cè)量中，忽略了光的傳播時(shí)間，如果考慮光的傳播時(shí)間，理論上測(cè)出的聲速值會(huì)小一些。題型五：考慮計(jì)時(shí)操作的反應(yīng)時(shí)間某興趣小組的甲、乙、丙三位同學(xué)合作估測(cè)常溫下聲音在空氣中的傳播速度。（1）他們選擇了鼓（含鼓槌）做實(shí)驗(yàn)，除這器材外，至少還需要的實(shí)驗(yàn)器材是卷尺和停表。（2）如圖1所示，甲負(fù)責(zé)敲鼓、乙負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)、丙負(fù)責(zé)聽聲。實(shí)驗(yàn)步驟如下，請(qǐng)你將實(shí)驗(yàn)操作的步驟B補(bǔ)充完整。A、量出甲、乙兩人之間的直線距離s，并記錄；B、甲同學(xué)用力敲一下鼓，乙同學(xué)在看到甲敲擊鼓面時(shí)立即開始記時(shí)；C、負(fù)責(zé)聽聲的丙同學(xué)聽到鼓聲時(shí)就立即喊“停”，聽到丙同學(xué)“?！钡闹噶?，乙同學(xué)立即按停秒表；D、將測(cè)得的時(shí)間t記錄下來；E、計(jì)算出聲音的速度v聲，則v聲（速度）＝（文字表達(dá)也可以）。（3）實(shí)驗(yàn)過后，三位同學(xué)反思自己的實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)識(shí)到用這樣的方法所測(cè)量的聲音傳播時(shí)間可能不是很準(zhǔn)確度，原因是：停表操作反應(yīng)的誤差。（4）挫折使人進(jìn)步，甲、乙兩同學(xué)通過網(wǎng)上交流，認(rèn)識(shí)到手機(jī)軟件在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮神奇的功效，于是他們下載了一款名為Phyphox的物理實(shí)驗(yàn)手機(jī)軟件繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該軟件能夠自動(dòng)記錄下所接收到的兩次響聲之間的時(shí)間間隔，當(dāng)手機(jī)接收到第一次響聲時(shí)能自動(dòng)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)再次接收到響聲時(shí)能自動(dòng)停止計(jì)時(shí)，而且它對(duì)聲音的響應(yīng)非常靈敏，計(jì)時(shí)可精確到0.001s。下面是他們倆第二次實(shí)驗(yàn)的過程（如圖2）：A、找一空曠的廣場(chǎng)，分別站于間距為s的A、B兩處，打開手機(jī)軟件做好計(jì)時(shí)準(zhǔn)備。B、甲先在自己的手機(jī)邊擊掌一次，乙聽到甲的擊掌聲后，也在自己手機(jī)邊擊掌一次。C、查看甲、乙兩手機(jī)記錄下的時(shí)間值，分別為t甲、t乙。問：①本實(shí)驗(yàn)中兩手機(jī)所記錄的時(shí)間大小關(guān)系是t甲＞t乙（＞/＝/＜）。②測(cè)得空氣中聲音的傳播速度v聲＝。（用t甲、t乙、s表示）解析：（1）估測(cè)常溫下聲音在空氣中的傳播速度，需要測(cè)量路程和時(shí)間，而在一定時(shí)間內(nèi)聲音傳播的路程較大，所以測(cè)量路程需要用卷尺，測(cè)量時(shí)間需要用精確度較高的停表；（2）光速比聲速快，聲音的傳遞也需要時(shí)間，所以看到甲敲擊鼓面開始計(jì)時(shí)更準(zhǔn)確；速度是路程與時(shí)間的比值，即v聲＝；（3）測(cè)量聲音傳播的時(shí)間可能不是很準(zhǔn)確，其原因是停表操作反應(yīng)的誤差；（4）①由記錄的過程可知，t甲比t乙多記錄聲音傳播的時(shí)間，即t甲＞t乙；②聲音從A傳遞到B所需時(shí)間為：，測(cè)得空氣中聲音的傳播速度為：＝。C.針對(duì)訓(xùn)練：題型一：賽跑計(jì)時(shí)員計(jì)時(shí)誤差6．在100m短跑比賽時(shí)，如果裁判員聽見聲音才開始計(jì)時(shí)，則計(jì)時(shí)的結(jié)果將出現(xiàn)0.29s的誤差；這樣計(jì)時(shí)是將該運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)了提高（選填“提高”或“降低”）．（V空＝340m/s，計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）解析：聲音傳播100m所需的時(shí)間為：t＝＝≈0.29s；故裁判員聽到發(fā)令槍聲響后開始按表計(jì)時(shí)，會(huì)使運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)就會(huì)提高0.29s。題型二：計(jì)算閃電發(fā)生位置到人的距離問題7.幾位同學(xué)想計(jì)算閃電發(fā)生的位置到他們的距離，下列幾種方案中誤差最小的是（A）A．記錄剛看到閃電至剛聽到雷聲的時(shí)間，再乘聲速 B．多測(cè)幾次閃電與雷聲的時(shí)間間隔后平均值，再乘聲速 C．記錄剛看到閃電至雷聲剛結(jié)束的時(shí)間，再乘聲速 D．分別按選項(xiàng)A、B兩種方法求出聲速后再求平均值解析：A、記錄剛剛看到閃電至剛剛聽到雷聲的時(shí)間，這樣閃電和雷聲對(duì)應(yīng)，時(shí)間的誤差最小，符合題意；B、閃電每次可能會(huì)出現(xiàn)在不同的地方，不是固定在一點(diǎn)，因此不能用“多測(cè)幾次對(duì)應(yīng)不同閃電與雷聲的時(shí)間間隔，求平均值”的方法，這種做法是錯(cuò)誤的，不合題意。C、記錄剛剛看到閃電至雷聲剛剛結(jié)束的時(shí)間，由于雷聲經(jīng)過云層、山脈反射會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，這樣測(cè)量會(huì)導(dǎo)致時(shí)間偏大、誤差大，不合題意；D、AB選項(xiàng)的做法是不正確的，因此兩次求平均值，也是錯(cuò)誤的，不合題意；題型三：聲速測(cè)量?jī)x測(cè)聲速如圖所示為聲速測(cè)量?jī)x的實(shí)驗(yàn)裝置圖及其使用說明書，根據(jù)使用說明書，回答下列問題。使用說明書：1.甲、乙為聲信號(hào)采集器。2.用小槌敲打銅鈴，聲音被甲、乙接收。3.液晶屏顯示甲、乙接收到信號(hào)的時(shí)差，單位為秒（s）。（1）若銅鈴放置在甲、乙的中點(diǎn)，即s1＝s2，用小槌敲打銅鈴，則液晶顯示屏的示數(shù)為0s。（2）把聲速測(cè)量?jī)x放置于某液體中，將銅鈴移至甲、乙之間、且三者在同一直線上。用小槌敲打銅鈴，液晶顯示屏上顯示0.002s，已知s1＝0.4m，s2＝3.4m，則聲音在該液體中的傳播速度約為1500m/s。（3）把聲速測(cè)量?jī)x放置于空氣中（聲音在空氣中的傳播速度為340m/s），調(diào)整甲、乙間距為51cm，再將銅鈴放到乙的右邊距離乙20cm處，并與甲、乙在一條直線上，用小槌敲打銅鈴，液晶顯示屏的示數(shù)t1為0.0015s；增大銅鈴到乙的距離，敲打銅鈴，液晶顯示屏的示數(shù)為t2，則兩者的大小關(guān)系為：t1＝t2。解析：（1）如果銅鈴在甲、乙中點(diǎn)，則銅鈴與甲的距離和與乙的距離是相等的，且由于聲速相同，所以聲音從銅鈴到達(dá)甲、乙的時(shí)間相同，故液晶屏的示數(shù)為0s；（2）設(shè)聲速為v，則聲音從銅鈴傳到甲的時(shí)間為：，聲音從銅鈴傳到乙的時(shí)間為：；由題意知：t2﹣t1＝0.002s，所以，解得：v＝1500m/s；（3）若小明調(diào)整甲、乙間距為s甲、乙＝51cm＝0.51m，銅鈴放到乙的右邊距離乙20cm處，即s乙＝20cm＝0.2m，那么銅鈴距離甲的距離s甲＝51cm+20cm＝71cm＝0.71m，假設(shè)液晶顯示屏的示數(shù)為t，已知聲音在空氣中傳播速度v空＝340m/s，所以。增大銅鈴到乙的距離，甲、乙之間的距離不變，所以顯示屏的示數(shù)不變。題型四：光的傳播時(shí)間不可忽略問題如圖所示為比賽場(chǎng)上的發(fā)令員，每次發(fā)令時(shí)他總是要把槍高高地伸到小黑板前才開槍。終點(diǎn)處的計(jì)時(shí)員要根據(jù)發(fā)令員發(fā)出的信息按下秒表開始計(jì)時(shí)，關(guān)于小黑板的作用及對(duì)計(jì)時(shí)員的要求，下列說法正確的是（B）A．小黑板的作用是為了讓計(jì)時(shí)員能更清楚地聽到開槍時(shí)的聲音 B．小黑板的作用是為了讓計(jì)時(shí)員能更清楚地看到開槍時(shí)的白煙 C．若計(jì)時(shí)員在看到白煙時(shí)開始計(jì)時(shí)，則所記錄的時(shí)間為準(zhǔn)確值 D．若計(jì)時(shí)員在聽到槍響時(shí)開始計(jì)時(shí)，則所記錄的時(shí)間為準(zhǔn)確值解析：（1）賽跑時(shí)小黑板的作用是為了讓計(jì)時(shí)員能更清楚地看到開槍時(shí)的白煙，便于計(jì)時(shí)，故A錯(cuò)誤，B正確；聲音的傳播需要時(shí)間，聲音傳到終點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)開始跑了，因?yàn)樵诳諝庵新曀龠h(yuǎn)小于光速，光的傳播時(shí)間可以忽略，故百米賽跑時(shí)終點(diǎn)計(jì)時(shí)員看見發(fā)令槍冒煙開始計(jì)時(shí)，而不是以聽到槍聲開始計(jì)時(shí)，但由于光的傳播時(shí)間雖然小，但也有時(shí)間，所以所記錄的時(shí)間不是準(zhǔn)確值，故CD錯(cuò)誤。題型五：考慮計(jì)時(shí)操作的反應(yīng)時(shí)間Phyphox是一款功能強(qiáng)大的物理實(shí)驗(yàn)手機(jī)軟件，其中的AcousticStopwatch功能能夠自動(dòng)記錄下所接收到的兩次響聲之間的時(shí)間間隔：當(dāng)手機(jī)接收到第一次響聲時(shí)便自動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)再次接收到響聲時(shí)計(jì)時(shí)自動(dòng)停止（類似于使用秒表時(shí)的啟動(dòng)和停止），由于對(duì)聲音的響應(yīng)非常靈敏，計(jì)時(shí)可精確到0.001s。（1）若已知空氣中的聲速為340m/s，0.001s內(nèi)聲音的傳播距離為多少m？（2）某人使用手機(jī)在空曠的平地上，測(cè)量到對(duì)面山崖的距離。他在手機(jī)邊擊掌一次，手機(jī)第二次記錄到掌聲的回聲時(shí)顯示時(shí)間差是5秒。那么山崖距離人的距離多遠(yuǎn)？（3）現(xiàn)實(shí)中氣壓、溫度對(duì)聲音傳播的速度都有影響，甲、乙兩人使用手機(jī)在空曠安靜的某地上測(cè)量該處聲音的傳播速度。他們分別站于間距測(cè)量值為167m的A、B兩處，打開手機(jī)軟件做好計(jì)時(shí)準(zhǔn)備。甲先在手機(jī)邊擊掌一次，乙聽到擊掌聲之后，也在手機(jī)邊擊掌一次。已知乙聽到掌聲和擊掌的反應(yīng)時(shí)間為t乙＝0.5s，甲手機(jī)有效記錄下了兩次掌聲的時(shí)間間隔為t甲＝1.5s。求本實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的聲音的傳播速度為多少？解析：（1）由v＝可知，聲音的傳播距離為：s1＝vt1＝340m/s×0.001s＝0.34m；（2）聲音從人站的位置傳播到山崖的時(shí)間為：t2＝×5s＝2.5s；山崖距離人的距離為：s2＝vt2＝340m/s×2.5s＝850m；（3）由記錄過程知，從A到B處聲音的傳播的時(shí)間為t＝（t甲﹣t乙）＝×（1.5s﹣0.5s）＝0.5s；測(cè)得空氣中聲音的傳播速度：v′＝＝＝334m/s。終極挑戰(zhàn)：11.聲音的傳播需要時(shí)間，即聲音有速度。17