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四、综合解答题(共25分)
25(12分)阅读下列短文,回答问题.
超声波和次声波
人能够听到声音的频率范围从20 Hz到20 000 Hz.低于20 Hz的声音叫次声波,高于20 000 Hz的声音叫超声波.超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点,可用于测距、测速等.测距是测速的基础,超声波测速仪向静止的汽车发射超声波信号(简称信号),同时开始计时,信号传播过程中遇到汽车会被反射,测速仪接收到返回的信号停止计时,根据记录的时间及其与路程、速度的关系,可计算出汽车与测速仪之间的距离.
童话《大象招聘》中有这样的描述:大象办的农场饱受老鼠的困扰,大象想招聘一些猫来灭鼠.如图所示为猫和大象的发声和听觉的频率范围.
(1)超声波测速是利用了超声波的指向性好、能量集中、
(2)航天员在月球上
能”)利用超声波测定两山之间的距离.
(3)科考船对某海域的海底形状利用声呐系统进行了测绘.具体方法是:在经过该海域水平面等间距的A、B、C、D、E五个位置时,向海底定向发射超声波,测得回收信号的时间分别为0.30 s、0.16 s、0.30 s、0.14 s、0.30 s.根据该时间求出海底与海平面的距离,就可以绘出海底的大致形状,则该海域海底的大致形状如图中的
(4)大象与猫之间是否能完成招聘中的语言沟通?
(5)大象发声的频率主要是集中在
(6)如果有地震发生,能感知到地震发出声音的是大象,还是猫?
25(12分)阅读下列短文,回答问题.
超声波和次声波
人能够听到声音的频率范围从20 Hz到20 000 Hz.低于20 Hz的声音叫次声波,高于20 000 Hz的声音叫超声波.超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点,可用于测距、测速等.测距是测速的基础,超声波测速仪向静止的汽车发射超声波信号(简称信号),同时开始计时,信号传播过程中遇到汽车会被反射,测速仪接收到返回的信号停止计时,根据记录的时间及其与路程、速度的关系,可计算出汽车与测速仪之间的距离.
童话《大象招聘》中有这样的描述:大象办的农场饱受老鼠的困扰,大象想招聘一些猫来灭鼠.如图所示为猫和大象的发声和听觉的频率范围.
(1)超声波测速是利用了超声波的指向性好、能量集中、
反射能力强
等特点.(2)航天员在月球上
不能
(填“能”或“不能”)利用超声波测定两山之间的距离.
(3)科考船对某海域的海底形状利用声呐系统进行了测绘.具体方法是:在经过该海域水平面等间距的A、B、C、D、E五个位置时,向海底定向发射超声波,测得回收信号的时间分别为0.30 s、0.16 s、0.30 s、0.14 s、0.30 s.根据该时间求出海底与海平面的距离,就可以绘出海底的大致形状,则该海域海底的大致形状如图中的
A
(填字母).(4)大象与猫之间是否能完成招聘中的语言沟通?
不能
(填“能”或“不能”).(5)大象发声的频率主要是集中在
次声波
(填“超声波”或“次声波”)所在的频率范围内.(6)如果有地震发生,能感知到地震发出声音的是大象,还是猫?
大象
(填“大象”或“猫”).答案
25.(1)反射能力强
(2)不能
(3)A
(4)不能
(5)次声波
(6)大象 [解析](1)超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点.(2)超声波需要在介质中传播,真空中没有介质,不能传声,因此不能利用超声波在月球上测定两山之间的距离.(3)根据$v=\dfrac{s}{t}$变形公式$s=vt$可知,速度一定时,时间越长,通过的路程越大,海底与海平面的距离越大,因为$0.30\ \mathrm{s}＞0.16\ \mathrm{s}＞0.14\ \mathrm{s}$,所以$s_A=s_C=s_E＞s_B＞s_D$,故A正确.(4)由题图可知,猫的发声频率范围为760~1 500 Hz,听觉的范围为60~65 000 Hz;大象的发声频率范围为14~24 Hz,听觉的范围为1~20 000 Hz;猫发出的声音大象能听到,而大象发出的声音,猫无法听到,故大象和猫无法完成语言沟通.(5)大象的发声频率范围为14~24 Hz,低于20 Hz的是次声波,所以大象发声的频率主要是集中在次声波所在的频率范围内.(6)地震发出的是次声波,大象能听到次声波,如果有地震发生,能感知到地震发出声音的是大象.
(2)不能
(3)A
(4)不能
(5)次声波
(6)大象 [解析](1)超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点.(2)超声波需要在介质中传播,真空中没有介质,不能传声,因此不能利用超声波在月球上测定两山之间的距离.(3)根据$v=\dfrac{s}{t}$变形公式$s=vt$可知,速度一定时,时间越长,通过的路程越大,海底与海平面的距离越大,因为$0.30\ \mathrm{s}＞0.16\ \mathrm{s}＞0.14\ \mathrm{s}$,所以$s_A=s_C=s_E＞s_B＞s_D$,故A正确.(4)由题图可知,猫的发声频率范围为760~1 500 Hz,听觉的范围为60~65 000 Hz;大象的发声频率范围为14~24 Hz,听觉的范围为1~20 000 Hz;猫发出的声音大象能听到,而大象发出的声音,猫无法听到,故大象和猫无法完成语言沟通.(5)大象的发声频率范围为14~24 Hz,低于20 Hz的是次声波,所以大象发声的频率主要是集中在次声波所在的频率范围内.(6)地震发出的是次声波,大象能听到次声波,如果有地震发生,能感知到地震发出声音的是大象.
解析
【分析】
本题围绕超声波、次声波的特性及应用，声音传播的条件，声速公式的应用，以及不同动物的发声和听觉频率范围展开。解题时需结合短文信息和相关物理知识点，逐一分析每个小问题：
1. 第(1)题：从短文中提取超声波的特点，直接对应填空；
2. 第(2)题：回忆声音传播需要介质，真空不能传声，结合月球环境分析；
3. 第(3)题：利用声速公式$s=vt$，声速一定时，时间与路程成正比，比较时间大小判断距离，进而确定海底形状；
4. 第(4)题：对比猫和大象的发声、听觉频率范围，判断能否互相听到对方的声音；
5. 第(5)题：根据大象的发声频率，结合次声波的定义（低于20Hz）判断；
6. 第(6)题：明确地震发出的是次声波，结合大象和猫的听觉范围判断。
【解析】
(1) 根据短文内容，超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点，故答案为反射能力强；
(2) 声音的传播需要介质，月球表面为真空，真空无法传声，因此不能利用超声波测定两山之间的距离，故答案为不能；
(3) 声速$v$一定时，由公式$s=vt$可知，时间越长，海底与海平面的距离越大。已知回收信号时间：$0.30\ \mathrm{s}＞0.16\ \mathrm{s}＞0.14\ \mathrm{s}$，因此对应的距离关系为$s_A=s_C=s_E＞s_B＞s_D$，符合该情况的是图A，故答案为A；
(4) 由材料可知，猫的发声频率范围为760~1500Hz，听觉范围为60~65000Hz；大象的发声频率范围为14~24Hz，听觉范围为1~20000Hz。大象发出的声音频率低于猫的听觉下限，猫无法听到大象的声音，因此二者无法完成语言沟通，故答案为不能；
(5) 大象的发声频率范围为14~24Hz，低于20Hz的声音为次声波，因此大象发声的频率主要集中在次声波范围内，故答案为次声波；
(6) 地震发出的是次声波，大象的听觉范围包含次声波，而猫的听觉下限为60Hz，无法感知次声波，因此能感知地震声音的是大象，故答案为大象。
【答案】
25.(1)反射能力强 (2)不能 (3)A (4)不能 (5)次声波 (6)大象
【知识点】
超声波与次声波、声音的传播条件、声速的应用
【点评】
本题结合短文材料，将多个基础物理知识点融合，考察学生的信息提取能力和知识应用能力，题目难度适中，需要学生仔细阅读材料，结合知识点逐一分析。
【难度系数】
0.6
本题围绕超声波、次声波的特性及应用，声音传播的条件，声速公式的应用，以及不同动物的发声和听觉频率范围展开。解题时需结合短文信息和相关物理知识点，逐一分析每个小问题：
1. 第(1)题：从短文中提取超声波的特点，直接对应填空；
2. 第(2)题：回忆声音传播需要介质，真空不能传声，结合月球环境分析；
3. 第(3)题：利用声速公式$s=vt$，声速一定时，时间与路程成正比，比较时间大小判断距离，进而确定海底形状；
4. 第(4)题：对比猫和大象的发声、听觉频率范围，判断能否互相听到对方的声音；
5. 第(5)题：根据大象的发声频率，结合次声波的定义（低于20Hz）判断；
6. 第(6)题：明确地震发出的是次声波，结合大象和猫的听觉范围判断。
【解析】
(1) 根据短文内容，超声波具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点，故答案为反射能力强；
(2) 声音的传播需要介质，月球表面为真空，真空无法传声，因此不能利用超声波测定两山之间的距离，故答案为不能；
(3) 声速$v$一定时，由公式$s=vt$可知，时间越长，海底与海平面的距离越大。已知回收信号时间：$0.30\ \mathrm{s}＞0.16\ \mathrm{s}＞0.14\ \mathrm{s}$，因此对应的距离关系为$s_A=s_C=s_E＞s_B＞s_D$，符合该情况的是图A，故答案为A；
(4) 由材料可知，猫的发声频率范围为760~1500Hz，听觉范围为60~65000Hz；大象的发声频率范围为14~24Hz，听觉范围为1~20000Hz。大象发出的声音频率低于猫的听觉下限，猫无法听到大象的声音，因此二者无法完成语言沟通，故答案为不能；
(5) 大象的发声频率范围为14~24Hz，低于20Hz的声音为次声波，因此大象发声的频率主要集中在次声波范围内，故答案为次声波；
(6) 地震发出的是次声波，大象的听觉范围包含次声波，而猫的听觉下限为60Hz，无法感知次声波，因此能感知地震声音的是大象，故答案为大象。
【答案】
25.(1)反射能力强 (2)不能 (3)A (4)不能 (5)次声波 (6)大象
【知识点】
超声波与次声波、声音的传播条件、声速的应用
【点评】
本题结合短文材料，将多个基础物理知识点融合，考察学生的信息提取能力和知识应用能力，题目难度适中，需要学生仔细阅读材料，结合知识点逐一分析。
【难度系数】
0.6
26(13分)室外的电线在冬天里有风时便“嗡嗡”直响，而夏天即使在大风天也几乎听不到声音，为什么？请你进行合理的猜想或解释，并设计一个实验，验证你的猜想(要求写出实验器材和实验方法).
答案
26.在风的吹动下,电线会发生振动,夏天温度高,电线因膨胀而变长,电线松,振动变慢,音调变低,当低于人的听觉频率下限(20 Hz)时,我们就听不到声音了;冬天温度低,电线因收缩而变短,电线紧,风吹动时电线振动会变快,音调较高,在人的听觉频率范围内,所以我们就能听到声音了.猜想:音调的高低跟频率有关.实验器材:一根橡皮筋.实验方法:拿一根橡皮筋,分别在其松动和紧绷状态下用同样的力度拨动它,比较两次听到的声音的音调即可.(合理即可)
解析
【分析】
要解释该现象，需结合声音的产生、音调的影响因素及热胀冷缩的知识思考：首先，声音由物体振动产生，人耳能听到的声音频率范围是20Hz~20000Hz；其次，电线具有热胀冷缩的性质，冬夏温度差异会改变电线的松紧程度，风吹时电线振动的频率随松紧变化，导致音调不同，进而判断是否在人耳听觉范围内；最后，验证猜想需采用控制变量法，探究音调与频率的关系。
【解析】
解释：室外的电线在风吹时发生振动产生声音。夏天温度高，电线受热膨胀变长、变松，风吹时电线振动变慢，频率降低，音调变低，当频率低于人耳听觉下限（20Hz）时，人就听不到声音；冬天温度低，电线遇冷收缩变短、变紧，风吹时电线振动变快，频率升高，音调较高，处于人耳听觉频率范围内，所以能听到声音。猜想：音调的高低跟振动频率有关。实验器材：一根橡皮筋。实验方法：将橡皮筋分别调整为松动和紧绷状态，用相同的力度拨动橡皮筋，比较两次听到声音的音调，验证音调与频率的关系。
【答案】
在风的吹动下,电线会发生振动,夏天温度高,电线因膨胀而变长,电线松,振动变慢,音调变低,当低于人的听觉频率下限(20 Hz)时,我们就听不到声音了;冬天温度低,电线因收缩而变短,电线紧,风吹动时电线振动会变快,音调较高,在人的听觉频率范围内,所以我们就能听到声音了.猜想:音调的高低跟频率有关.实验器材:一根橡皮筋.实验方法:拿一根橡皮筋,分别在其松动和紧绷状态下用同样的力度拨动它,比较两次听到的声音的音调即可.(合理即可)
【知识点】
声音的产生、音调与频率的关系、热胀冷缩
【点评】
本题结合生活中常见的声学现象，考查声学基础知识与热学性质的综合应用，要求学生将所学物理知识与实际现象建立联系，并能设计简单实验验证猜想，体现了物理学科的实用性与探究性，有助于培养学生的知识迁移能力。
【难度系数】
0.5
要解释该现象，需结合声音的产生、音调的影响因素及热胀冷缩的知识思考：首先，声音由物体振动产生，人耳能听到的声音频率范围是20Hz~20000Hz；其次，电线具有热胀冷缩的性质，冬夏温度差异会改变电线的松紧程度，风吹时电线振动的频率随松紧变化，导致音调不同，进而判断是否在人耳听觉范围内；最后，验证猜想需采用控制变量法，探究音调与频率的关系。
【解析】
解释：室外的电线在风吹时发生振动产生声音。夏天温度高，电线受热膨胀变长、变松，风吹时电线振动变慢，频率降低，音调变低，当频率低于人耳听觉下限（20Hz）时，人就听不到声音；冬天温度低，电线遇冷收缩变短、变紧，风吹时电线振动变快，频率升高，音调较高，处于人耳听觉频率范围内，所以能听到声音。猜想：音调的高低跟振动频率有关。实验器材：一根橡皮筋。实验方法：将橡皮筋分别调整为松动和紧绷状态，用相同的力度拨动橡皮筋，比较两次听到声音的音调，验证音调与频率的关系。
【答案】
在风的吹动下,电线会发生振动,夏天温度高,电线因膨胀而变长,电线松,振动变慢,音调变低,当低于人的听觉频率下限(20 Hz)时,我们就听不到声音了;冬天温度低,电线因收缩而变短,电线紧,风吹动时电线振动会变快,音调较高,在人的听觉频率范围内,所以我们就能听到声音了.猜想:音调的高低跟频率有关.实验器材:一根橡皮筋.实验方法:拿一根橡皮筋,分别在其松动和紧绷状态下用同样的力度拨动它,比较两次听到的声音的音调即可.(合理即可)
【知识点】
声音的产生、音调与频率的关系、热胀冷缩
【点评】
本题结合生活中常见的声学现象，考查声学基础知识与热学性质的综合应用，要求学生将所学物理知识与实际现象建立联系，并能设计简单实验验证猜想，体现了物理学科的实用性与探究性，有助于培养学生的知识迁移能力。
【难度系数】
0.5
