Question

小明在学习声学知识时，向老师提出了一个问题：“老师，我感觉火车静止和运动两种情况下，人耳听到的鸣笛声除了响度不同以外，音调也不同．当火车向我靠近的过程中，火车的鸣笛声变大而且比静止时声尖，这是不是说明当声源运动时，它的响度和音调都发生了变化呢？”
老师对小明善于观察，勤于思考的良好学习习惯提出了表扬，并肯定了他的猜想和感受．
问题一：根据小明的感受，你认为当他不动，火车向他靠近的过程中，火车鸣笛声的响度发生了怎样的变化？火车靠近他的过程中，火车鸣笛声的音调与火车静止时鸣笛声的音调相比，有什么变化？
写下你的看法：
当小明的猜想得到老师认可后，他又开始思考这种现象形成的原因是什么．老师建议他在活动中体会和学习．老师让小明完成下面的活动：先站在离墙4米远的地方，每秒向墙上掷一个网球，掷10个球，感觉网球撞击墙的声音间隔；然后正对墙，向墙走去，在走的过程中掷球，而且还是每秒掷一个球，再感觉网球撞击墙的声音间隔．在活动中小明感觉到两次网球撞击墙的频率不同．他终于明白为什么火车向他靠近的过程中，火车的鸣笛声比静止时要尖的原因了．
问题二：请你分析一下，如果小明相对于墙向后退行的过程中，还用同样的方法，向墙上掷球，球撞击墙的频率会怎样变化呢？联想一下，当你不动，而火车远离你时，你听到的火车的鸣笛声比静止时的音调是高还是低呢？
问题三：假设火车站上有一个电铃，电铃每秒钟响100声（即电铃的小锤每秒钟敲击100次铃）．若声音在空气中的传播速度是340m/s，相邻两个声响在空间的距离是多少？当小明坐着一辆速度为34m/s的火车从车站向远方开去时，每秒钟进入小明耳朵里的铃响声比进入静止的人耳朵里的铃响声少多少声？根据你的计算说明音调高低变化与声源和听者相对运动的关系？

Answer

（1）首先阅读材料，通过材料中得出当物体的振动频率不变时，当人耳和物声源之间发生相对运动时，人耳感知声音的音调是不同的，距离声源越远，音调越低，距离声源越近，音调越高．
（2）首先求出相邻两个声响之间的时间间隔，再利用速度公式变形可求得相邻两个声响在空间的距离，然后再分析音调高低变化与声源和听者相对运动的关系
【解析】
问题1，当小明不动，在火车向他靠近的过程中，火车鸣笛声的响度越大，在火车向他靠近的过程中，火车鸣笛声的音调比火车静止时的音调高，
问题2，如果小明相对于墙向后退行的过程中，还用同样的方法，向墙上掷球，球撞击墙的频率会变低；
当我不动，而火车远离我的过程中，我听到的火车的鸣笛声比静止时的音调低，
问题3，
相邻两个声响之间的时间间隔是t=s，
所以相邻两个声响在空间的距离是s=vt=340m/s×s=3.4m，
火车的速度为34m/s，它每秒钟远离声源的距离是s=vt=34m/s×1s=34m，
在这34m的空间里，恰好是10个铃声在空间的距离，由于火车是远离声源，因此每秒钟进入小明的耳朵里的铃声比进入静止的人耳朵里的铃声少10次，
通过计算可知，当人远离声源的过程中，人耳听到的声音的频率比静止时低，所以听到的声音的音调比静止时低．