Question

5．潛艇的“耳目”----聲吶
潛艇最大的特點是它的隱蔽性，作戰(zhàn)時需要長時間在水下潛航，這就決定它不能浮出水面使用雷達觀察，而只能依靠聲吶進行探測，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水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應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之間，由于這種聲波的頻率較高，可以形成較指向性．聲波在水中傳播時，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標，就會被反射回來，反射回來的聲波被聲吶接收，根據聲信號往返時間可以確定目標的距離．
聲吶發(fā)出聲波碰到的目標如果是運動的，反射回來的聲波（下稱“回聲”）的音調就會有所變化，它的變化規(guī)律是：如果回聲的音調變高，說明目標正向聲吶靠攏；如果回聲的音調變低，說明目標遠離聲吶．
請回答以下問題：
（1）人耳能夠聽到聲吶發(fā)出的聲波的頻率范圍是10kHz～20kHz．
（2）①如果停在海水中的潛艇A發(fā)出的聲波信號在10s內接收到經B潛艇反射回來的信號，且信號頻率不變，潛艇B與潛艇A的距離s₁是7500m．（設聲波在海水中傳播速度為1500m/s）
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，且測出潛艇B的速度是20m/s，方向始終在潛艇A、B的連線上，經一分鐘后潛艇B與潛艇A的距離s₂為8700m．
（3）在月球上能否用聲吶技術來測量物體間的距離？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）先算出超聲波從潛艇A傳到潛艇B的時間，再根據速度公式求兩者的距離；
（3）真空不能傳聲，所以在月球上無法使用聲吶．

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的時間：
t=$\frac{1}{2}$×10s=5s，
因為v=$\frac{s}{t}$，所以潛艇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=20m/s×60s=1200m
因為聲波頻率變低，所以潛艇B是遠離聲吶，
現在兩艘潛艇之間的距離s₂=s₁+s_B=7500m+1200m=8700m；
（3）月球周圍是真空，因為真空不能傳聲，所以用聲吶技術無法測量物體之間的距離．
故答案為：（1）10kHz～20；（2）7500m；8700m；（3）不能，因為真空中不能傳播聲音．

點評 本題綜合性很強，考查學生對聲音知識的綜合運用能力，在計算距離時，注意回聲測距需要計算單程的長度，這一點容易失誤．