2025年高考物理火車(chē)上的汽笛聲問(wèn)題
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )整理 2024-11-15 09:27:41
[趣味物理]火車(chē)上的汽笛聲問(wèn)題
如果你的聽(tīng)覺(jué)器官很能辨別樂(lè )音，那末迎面開(kāi)來(lái)的火車(chē)在你旁邊經(jīng)過(guò)的時(shí)候，你一定會(huì )注意到火車(chē)頭上的汽笛聲的音調有什么樣的改變（這里是說(shuō)音調，或聲音的高低，不是說(shuō)響度）。在兩列火車(chē)接近的時(shí)候你聽(tīng)到的汽笛的音調，一定比兩列火車(chē)相背離去越開(kāi)越遠的時(shí)候的音調高得多。
如果火車(chē)駛得很快（50公里每小時(shí)），那末音調高低上的區別，幾乎可以達到一個(gè)全音程。
這到底是什么原因呢？
如果你記得音調的高低同振動(dòng)的次數有關(guān)，你就不難猜想到這原因了；你可以把這問(wèn)題拿來(lái)同你研究上節問(wèn)題的時(shí)候所得到的結果比較一下。迎面駛來(lái)的火車(chē)上的汽笛，自始至終發(fā)著(zhù)一定振動(dòng)次數的聲音�？墒悄愕亩鋮s會(huì )覺(jué)察出不同的振動(dòng)次數，這是看你是迎著(zhù)火車(chē)走的，還是站著(zhù)不動(dòng)的，或是背著(zhù)聲源走的。
你坐火車(chē)上甲地的時(shí)候，每天讀到甲地報紙的次數既然比平時(shí)多，那末同樣的道理，在你向著(zhù)聲源走近的時(shí)候，你每秒鐘聽(tīng)到的振動(dòng)次數，也比它們從火車(chē)頭的汽笛里發(fā)出來(lái)的振動(dòng)次數多。不過(guò)在這里你已經(jīng)不必再思考了：你的耳朵已經(jīng)能聽(tīng)出它的振動(dòng)次數是增多了──你直接聽(tīng)到了提高了的音調。在你背著(zhù)火車(chē)走的時(shí)候，你的耳朵聽(tīng)到的振動(dòng)次數是減少了──你聽(tīng)到的是降低了的音調。
如果這個(gè)解釋還不能使你完全信服，那就請你直接研究一下（當然是通過(guò)思考），從火車(chē)汽笛里發(fā)出來(lái)的聲波是怎樣傳播的。首先研究一下火車(chē)不動(dòng)時(shí)候的情況（圖299）。汽笛發(fā)聲的時(shí)候會(huì )使空氣產(chǎn)生波動(dòng)，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，讓我們假定只看到4個(gè)波（圖里上面那條波狀線(xiàn)）：波從不動(dòng)的汽笛里出來(lái)以后，它在任何時(shí)間間隔里，向一切方向傳播的距離都是相同的。0號波來(lái)到觀(guān)察人力的時(shí)間，和來(lái)到觀(guān)察人B的時(shí)間是相同的。跟著(zhù)同時(shí)來(lái)到兩個(gè)觀(guān)察人的耳朵里的是1號波、2號波、3號波等等。兩個(gè)觀(guān)察人的耳朵每秒鐘可以得到同樣數目的振動(dòng)，因此兩人聽(tīng)到的音調也是相同的。
如果鳴著(zhù)汽笛的火車(chē)是從B駛向A的（圖里下面那條波狀線(xiàn)），那就是另一回事了。設想在某一瞬間，汽笛是在C′點(diǎn)，而在它發(fā)完了4個(gè)波的時(shí)候，它已經(jīng)來(lái)到了D點(diǎn)。
現在你可以比較一下，這時(shí)候聲波是怎樣傳播的。從C′點(diǎn)發(fā)出的0號波，到達A′和B′兩個(gè)觀(guān)察人的時(shí)間是相同的�？墒窃贒點(diǎn)發(fā)出的4號波，到達兩個(gè)觀(guān)察人的時(shí)間就不相同：路線(xiàn)DA′比路線(xiàn)DB′短，因此這個(gè)波來(lái)到A′點(diǎn)的時(shí)間比它來(lái)到B′點(diǎn)的時(shí)間要早。中間的那些波（3號波、2號波、l號波）也要先到A′后到B′，不過(guò)相差的時(shí)間比較短些。結果怎么樣呢？在同一時(shí)間里A′點(diǎn)的觀(guān)察人收到的聲波次數一定比B′點(diǎn)的觀(guān)察人收到的多，于是A′點(diǎn)的觀(guān)察人聽(tīng)到的音調也比B′點(diǎn)的觀(guān)察人聽(tīng)到的高。同時(shí)，從圖里還可以看出，走向A′點(diǎn)的波，它的長(cháng)度也相應地比走向B′點(diǎn)的波要短些。
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