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聲現象是初中物理的重要知識點,回聲和測速儀是聲現象的經典應用題,本文就例題詳細解析這類題型的知識點和解題思路,希望能給八年級同學順利實現初中物理入門提供幫助。
例題1
火車在進入隧道前必須鳴笛,若火車速度為80km/h,聲音在空氣中的傳播速度是340m/s,司機在鳴笛後2s 時聽到自隧道口處的山崖反射的回聲,則鳴笛時火車到隧道口的距離是多少m?
思路分析
火車在進入隧道前鳴笛,鳴笛的同時火車以72km/h的速度向前行駛,聲音以340m/s的速度從火車鳴笛的位置出發,在空氣中沿直線傳播。聲音的傳播速度比火車的速度快,它先到達隧道口,因為遇到隧道空處的山崖發生反射作用而返回,反射後的聲音繼續保持原有的速度,在空氣中沿直線傳播,直至遇到行駛中的火車,此時火車聽到了鳴笛的回聲。這個過程經歷了2s,兩者一共走過的路程為鳴笛時火車到隧道口的距離的兩倍。如圖所示:
解題過程
根據題目中的條件和路程的計算公式:聲音在空氣中的傳播速度v1=340m/s,傳播時間t=2s,s1=v1*t,則聲音傳播的距離s1=680m;
根據題目中的條件和路程的計算公式:火車的行駛速度v2=72km/h=72*1000/3600=20m/s,行駛時間t=2s,s2=v2*t,則火車行駛的距離s2=40m;
根據題目中的的條件和結論:火車與回聲相遇,s1=680m,s2=40m,s1+s2=2s,則鳴笛時火車到隧道口的距離s=(s1+s2)/2=360m。
例題2
汽車駛出高速公路後,進入某國道,如圖為此國道某直線路段的一處測速儀,測速儀內有能發射和接收超聲波的傳感器。在行駛的汽車以某一速度v遠離測速儀某段距離L=64m時,測速儀向汽車發出超聲波,經0.4s後接收到從汽車反射回的超聲波信號。已知此路段限速為80km/h,超聲波的速度為340m/s.試計算並說明汽車在此路段是否超速?
思路分析
當汽車與測速儀距離64m時,測速儀發出超聲波,汽車繼續以速度v向前行駛,超聲波以340m/s的速度與汽車保持同方向傳播。因為超聲波的傳播速度比汽車的行駛速度快,到某個位置,超聲波追上汽車,超聲波被汽車反射後返回,繼續按原來的速度傳播,最終被測速儀接收到反射信號。
從測速儀發出信號到接收到反射信號的整個過程歷經0.4s,因為測速儀一來一回的路程相等、速度相等,所以來迴路程所用的時間也相等,也就是從測速儀發出信號到追上汽車所用的時間為0.2s,汽車行駛的時間也為0.2s。如圖所示:
解題過程
根據題目中的條件:測速儀向汽車發出超聲波,經0.4s後接收到從汽車反射回的超聲波信號,則超聲波信號到達汽車的時間t=0.4/2=0.2s,這個過程中汽車的行駛時間t=0.2s;
根據題目中的條件、結論和路程的計算公式:汽車以速度v行駛,汽車的行駛時間t=0.2s,則汽車行駛的距離s1=vt=0.2v;
根據題目中的條件、結論和路程的計算公式:超聲波的速度v'=340m/s,超聲波信號到達汽車的時間t=0.2s,則超聲波從發出信號到達汽車傳播的距離s2=v't=68m;
根據題目中的條件和結論:汽車與測速儀距離L=64m,s1=0.2v,s2=68m,L=s2-s1,則68-0.2v=64,可求得:汽車的行駛速度v=20m/s=20*3600/1000=72km/h;
根據題目中的條件和結論:汽車的行駛速度v=72km/h,限速為80km/h,則72<80,即汽車行駛速度在限速範圍內,所以,汽車沒有超速。
結語
畫出符合題意的示意圖是解決回聲和測速儀的應用題的關鍵步驟,只要能找到物理量之間的數量關係,再結合路程的計算公式,就能順利解決這類題型,為順利入門初中物理奠定基礎。