Question

4．潛艇的“耳目”--聲吶（2+6+3）
潛艇最大的特點(diǎn)是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時(shí)需要長(zhǎng)時(shí)間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達(dá)觀察而只能依靠聲吶進(jìn)行探測(cè)，所以聲吶在潛艇上的重要性更為突出，被稱為潛艇的“耳目”．聲吶是利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用廣泛的一種重要裝置．聲吶能夠向水中發(fā)射聲波，聲波的頻率大多在10kHz～30kHz，由于這種聲波的頻率較高，可以形成較好的指向性．
聲波在水中傳播時(shí)，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標(biāo)，就會(huì)被反射回來，反射回來的聲波被聲吶接收，根據(jù)聲信號(hào)往返時(shí)間可以確定目標(biāo)的距離．聲吶發(fā)出聲波碰到的目標(biāo)如果是運(yùn)動(dòng)的，反射回來的聲波（下稱“回聲”）的音調(diào)就會(huì)有所變化，它的變化規(guī)律是如果回聲的音調(diào)變高，說明目標(biāo)正向聲吶靠攏；如果回聲的音調(diào)變低，說明目標(biāo)正在遠(yuǎn)離聲吶．
請(qǐng)回答以下問題：
（1）人耳能夠聽到聲吶發(fā)出的聲波的頻率范圍是10kHz到20kHz．
（2）①如果停在海水中的潛艇A發(fā)出的聲波信號(hào)在10s內(nèi)接收到經(jīng)B潛艇反射回來的信號(hào)，且信號(hào)頻率不變，潛艇B與潛艇A的距離s₁是7500m；（設(shè)聲波在海水中傳播速度為1500m/s）（要求寫出計(jì)算過程）
②停在海水中的潛艇A繼續(xù)監(jiān)控潛艇B，突然接到潛艇B反射回來的聲波頻率是變低的，且測(cè)出潛艇B的速度是20m/s，方向始終在潛艇A、B的連線上，經(jīng)一分鐘后潛艇B與潛艇A的距離s₂為8700m．（要求在下面寫出計(jì)算過程）
（3）在月球上能否用聲吶技術(shù)來測(cè)量物體間的距離？為什么？

Answer 1

分析 （1）超聲是指高于20000Hz的聲音，次聲是指低于20Hz的聲音．人耳無法聽到超聲和次聲．
（2）①先算出超聲波從潛艇A傳到潛艇B的時(shí)間，再根據(jù)速度公式求兩者的距離；
②注意：1分鐘后，潛艇之間的位置發(fā)生了改變；
（3）真空不能傳聲，所以無法使用聲吶．

解答 解：（1）人耳只能聽到20Hz到20000Hz之間的聲音，聲吶發(fā)出的聲波頻率大多在10kHz～30kHz之間；
因此人耳聽到的聲吶發(fā)出的聲波頻率為：10kHz～20kHz；
（2）①超聲波從潛艇A傳到潛艇B的時(shí)間：
t=$\frac{1}{2}$×10s=5s，
潛艇B與潛艇A的距離：
s=vt=1500m/s×5s=7500m；
②1分鐘=60s．
1分鐘后，潛艇B行駛的路程s_B=v_Bt=10m/s×60s=600m
因?yàn)槁暡�頻率變低，所以潛艇B是遠(yuǎn)離聲吶，
現(xiàn)在兩艘潛艇之間的距離s₂=s₁+s_B=7500m+600m=8100m；
（3）地球和月球之間是真空，因?yàn)檎婵詹荒軅髀�，所以用聲吶技術(shù)無法測(cè)量地球和月球之間的距離．
故答案為：（1）10；20；
（2）①7500；②8100；
（3）不能，月球上是真空，聲音不能在真空中傳播．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性很強(qiáng)，考查學(xué)生對(duì)聲音知識(shí)的綜合運(yùn)用能力．在計(jì)算距離時(shí)，注意回聲測(cè)距需要計(jì)算單程的長(zhǎng)度，這一點(diǎn)容易失誤．