《2025年物理竞赛教程初中》

例题 2
小明找来几个啤酒瓶，往瓶子里灌了不等量的水。用嘴吹瓶口，瓶子发出了不同的声音，经过反复调节瓶子里水位的高低，小明居然能用这些啤酒瓶吹出好听的音乐来。这是怎么回事？

答案： 解析 观察瓶内的水位。发现啤酒瓶内的水位越高，吹出来的音调越高，这声音是瓶内空气振动发出的。为什么音调会有高和低的变化呢？
声音的高低叫做音调，音调是由声源振动的频率决定的。振动频率高，音调就高；振动频率低，音调就低。吹啤酒瓶出声，是由于瓶里的空气柱发生了振动。空气柱越长，振动频率越低；空气柱越短，振动频率越高。由于瓶里的空气柱长度不同，空气柱发生振动的频率不同，因此用嘴吹瓶口会发出音调不同的声音。
在日常生活中，我们把开水灌进热水瓶，随着热水瓶里的水增多，空气柱越来越短，它的振动频率越来越高，所以音调就越来越高。知道这个规律，就可以通过听声音来判断热水瓶灌水的多少。

例题 3
如果声波在空气中传播的速度是 330 m/s，而小刘同学的耳朵对连续两个声音的分辨间隔是 0.2 s，那么，他站在一座大建筑物的前面多远处，对着建筑物大喊一声可以刚好听到自己发声的回声？如果想听到两次回声，则另一座反射声波的建筑物距离他多远，他才能够分辨开两次回声？

答案： 解析 依照题意作出声波前进反射的过程图，如图所示。在 0.2 s 时声波回到发声的原位置，人耳就可以分辨出两个声音了。设人到墙距离是 $ x $ m，声波往返的路程是 $ 2x $ m。设声波在传播过程中的速度为 $ v $，根据匀速直线运动的公式 $ 2x = vt $，得
$x = \frac{vt}{2} = \frac{330 m/s × 0.2 s}{2} = 33 m$
要想听到两次回声，第二个声波到达耳朵的时间与第一个声波需要相差 0.2 s，即与发声时间相差 0.4 s。
$x' = \frac{vt'}{2} = \frac{330 m/s × 0.4 s}{2} = 66 m$
第一座反射建筑物与他距离为 33 m，第二座建筑物与他距离为 66 m。