Question

4．潜艇的“耳目”--声呐（2+6+3）
潜艇最大的特点是它的隐蔽性，作战时需要长时间在水下潜航，这就决定它不能浮出水面使用雷达观察而只能依靠声呐进行探测，所以声呐在潜艇上的重要性更为突出，被称为潜艇的“耳目”．声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用广泛的一种重要装置．声呐能够向水中发射声波，声波的频率大多在10kHz～30kHz，由于这种声波的频率较高，可以形成较好的指向性．
声波在水中传播时，如果遇到潜艇、水雷、鱼群等目标，就会被反射回来，反射回来的声波被声呐接收，根据声信号往返时间可以确定目标的距离．声呐发出声波碰到的目标如果是运动的，反射回来的声波（下称“回声”）的音调就会有所变化，它的变化规律是如果回声的音调变高，说明目标正向声呐靠拢；如果回声的音调变低，说明目标正在远离声呐．
请回答以下问题：
（1）人耳能够听到声呐发出的声波的频率范围是10kHz到20kHz．
（2）①如果停在海水中的潜艇A发出的声波信号在10s内接收到经B潜艇反射回来的信号，且信号频率不变，潜艇B与潜艇A的距离s₁是7500m；（设声波在海水中传播速度为1500m/s）（要求写出计算过程）
②停在海水中的潜艇A继续监控潜艇B，突然接到潜艇B反射回来的声波频率是变低的，且测出潜艇B的速度是20m/s，方向始终在潜艇A、B的连线上，经一分钟后潜艇B与潜艇A的距离s₂为8700m．（要求在下面写出计算过程）
（3）在月球上能否用声呐技术来测量物体间的距离？为什么？

Answer 1

分析 （1）超声是指高于20000Hz的声音，次声是指低于20Hz的声音．人耳无法听到超声和次声．
（2）①先算出超声波从潜艇A传到潜艇B的时间，再根据速度公式求两者的距离；
②注意：1分钟后，潜艇之间的位置发生了改变；
（3）真空不能传声，所以无法使用声呐．

解答 解：（1）人耳只能听到20Hz到20000Hz之间的声音，声呐发出的声波频率大多在10kHz～30kHz之间；
因此人耳听到的声呐发出的声波频率为：10kHz～20kHz；
（2）①超声波从潜艇A传到潜艇B的时间：
t=$\frac{1}{2}$×10s=5s，
潜艇B与潜艇A的距离：
s=vt=1500m/s×5s=7500m；
②1分钟=60s．
1分钟后，潜艇B行驶的路程s_B=v_Bt=10m/s×60s=600m
因为声波频率变低，所以潜艇B是远离声呐，
现在两艘潜艇之间的距离s₂=s₁+s_B=7500m+600m=8100m；
（3）地球和月球之间是真空，因为真空不能传声，所以用声呐技术无法测量地球和月球之间的距离．
故答案为：（1）10；20；
（2）①7500；②8100；
（3）不能，月球上是真空，声音不能在真空中传播．

点评 本题综合性很强，考查学生对声音知识的综合运用能力．在计算距离时，注意回声测距需要计算单程的长度，这一点容易失误．