2023年初中物理聲學(xué):聲音的傳播

聲音與溫度之間的關(guān)系：聲速會(huì)隨溫度的升高而增大，0℃時(shí)，聲音在空氣中的傳播速度為331.45M/S。溫度每升高1℃，聲音在空氣中的傳播速度增加0.61M/S。即C=(331.45+0.61T/℃)M/S。

為什么會(huì)這樣呢?首先容易想到的原因有兩點(diǎn)：空氣密度隨氣溫的變化和分子熱運(yùn)動(dòng)隨溫度的變化，那到底是那種原因的影響?

首先分析密度，溫度越高，空氣的密度越低，這點(diǎn)是符合我們生活常識(shí)的(熱脹冷縮)，那么聲音在密度高的空氣中傳播速度是快還是慢，我們?cè)诔踔形锢碇袑W(xué)過(guò)聲音是振動(dòng)產(chǎn)生，傳播速度C固體>C液體>C氣體，而造成不同狀態(tài)傳播速度不同的原因就是物質(zhì)內(nèi)部分子的密度不同，固體分子結(jié)合緊密，振動(dòng)很容易從一個(gè)分子傳遞給另一個(gè)分子，聲音傳播的速度就快;氣體中分子間距大，振動(dòng)傳播的速度就慢很多。這樣分析的話，隨著溫度升高，空氣密度減小，那聲音的傳播速度應(yīng)該下降才對(duì)，但是事實(shí)恰好相反。

再來(lái)分析分子熱運(yùn)動(dòng)，溫度越高，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)更劇烈，氣體分子之間碰撞的概率增加，聲音的振動(dòng)傳播也就更容易更快，聲速也就越大，這個(gè)是符合我們的理論的。

總的來(lái)說(shuō)，氣體分子由于間距大，分子之間幾乎沒有作用力，所以盡管隨溫度升高，密度減小，聲速減小，但是密度對(duì)聲速的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于分子熱運(yùn)動(dòng)的效果對(duì)聲速的影響，所以聲速最終還是增加。

當(dāng)空氣中不同區(qū)域的溫度有區(qū)別時(shí)，聲音的傳播速度不同，將導(dǎo)致聲音傳播的方向是向著低溫方向的，所以高處的人更容易聽到低處的聲音。

所以在炎熱的下午，地表溫度高，大氣溫度隨著海拔升高而降低，聲音傳播如下：

聲音傳播的水平距離較近。

在夜晚或者清晨，地面溫度低，而空中溫度稍高，聲波將向地面彎曲，在地表反射并進(jìn)一步傳播，傳播水平距離較遠(yuǎn)。

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