Question

建筑工地上工人要鋪設(shè)管線．一名工人在長的空鐵管的一端用鐵錘敲擊一下鐵管，另一名工人在鐵管的另一端可以聽到幾次聲音？為什么？

兩次；因?yàn)槁曇粼阼F管中的傳播速度比在空氣中的傳播速度快

．這兩個(gè)師傅發(fā)現(xiàn)了這個(gè)奇怪的聲現(xiàn)象，共同商量，想測(cè)出聲音在鐵管中的傳播速度大小，你能否幫助其設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量聲速的方案？
（1）需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？

秒表、米尺

．
（2）需要測(cè)量及已知的物理量有哪些？

鐵管的長度s、聽到兩次聲音的時(shí)間差t、空氣中的聲速v_空

．
（3）寫出具體的測(cè)量步驟．

①用米尺量出鐵管的長度s；②用秒表測(cè)出聽到兩次聲音的時(shí)間差t

．
（4）聲音在鐵管內(nèi)傳播速度大小的數(shù)學(xué)表達(dá)式（用測(cè)得的物理量和已知量來表示）

v_鐵=

s

s v空-t

．

．

Answer 1

分析：聲音在鐵管和空氣中的傳播速度不同，在鐵管中的傳播速度較快，在空氣中的傳播速度較慢；
（1）在實(shí)驗(yàn)中需測(cè)量聲音通過的路程及在空氣和鐵管中傳播所用的時(shí)間差，所以要用到測(cè)量路程和時(shí)間的工具；
（2）根據(jù)公式t=

s

v

分別表示出聲音在空氣和鐵管中的傳播時(shí)間，然后根據(jù)時(shí)間差列出關(guān)系式，得出鐵管內(nèi)傳播速度的表達(dá)式．

解答：解：首先，應(yīng)該聽到兩次聲音．一次是敲擊聲在空氣中傳播的結(jié)果，一次是在鐵管中傳播的結(jié)果．由于是聲音在固體中傳播的速度快，故第一聲為鐵管中的聲音．
實(shí)驗(yàn)中需要用秒表測(cè)量聽到兩次聲音的時(shí)間差，用米尺測(cè)量鐵管的長度即聲音通過的距離，所以測(cè)量實(shí)驗(yàn)器材：秒表，米尺，
其中聲音在空氣中的傳播速度為v_空=340m/s是已知的；
實(shí)驗(yàn)步驟：
1．測(cè)量出空鐵管長度s；
2．當(dāng)敲擊鐵管一端時(shí)，在另一側(cè)聽音，聽到第一聲時(shí)按下秒表開始，第二聲時(shí)按下秒表結(jié)束，得到兩次時(shí)間差t；
計(jì)算步驟：
設(shè)聲音在鐵管中傳播速度v_鐵，空氣中傳播速度v_空
則

s

v空

-

s

v鐵

=t
解得：v_鐵=

s

s v空 -t

．

故答案為：兩次；因?yàn)槁曇粼阼F管中的傳播速度比在空氣中的傳播速度快；
（1）秒表、米尺；
（2）鐵管的長度s、聽到兩次聲音的時(shí)間差t、空氣中的聲速v_空；
（3）①用米尺量出鐵管的長度s；②用秒表測(cè)出聽到兩次聲音的時(shí)間差t．
（4）v_鐵=

s

s v空 -t

．

點(diǎn)評(píng)：此題根據(jù)聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度不同來測(cè)量聲音在鐵管中的傳播速度，考查了對(duì)速度公式的應(yīng)用及對(duì)聲音在空氣中傳播速度的掌握，要計(jì)算出聲音在鐵管中的傳播速度，關(guān)鍵是能夠表示出時(shí)間差的關(guān)系式．