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潜艇的 “耳目”——声呐

潜艇最大的特点是它的隐蔽性．潜艇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 10 kHz～30 kHz之间，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(下称“回声”)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，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，说明目标远离声呐．

(1) 人耳能够听到声呐发出的声波的频率范围是 ________ kHz 到 ________ kHz．

(2) 如果停在海水中的潜艇 A 发出声波信号后在 10 s 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 s ₁ 是多少？ ( 设声波在海水中传播速度为 1 500 m/s) ________

(3) 停在海水中的潜艇 A 继续监控潜艇 B ，突然接收到潜艇 B 反射回来的声波频率是变低的，且测出潜艇 B 的速度是 20 m/s ，方向始终在潜艇 A、B 的连线上，经过 1 min 后潜艇 B 与潜艇 A 的距离 s ₂ 为多少 _____ ？

(4) 在月球上能否用声呐技术来测量物体间的距离？为什么 _________ ？

答案

10 20 7500 m． 8700 m． 不能，因为月球表面是真空环境，真空不能传播声音．

【解析】

（ 1） 超声波是指高于 20000Hz 的声音，次声波是指低于 20Hz 的声音 ， 人耳不能听到超声波和次声波，人耳只能听到 20Hz 到 20000Hz 之间的声音 ， 声呐能够向水中发射声波，声波的频率大多在 10 kHz～30 kHz 之间，故人耳能够听到声呐发出的声波的频率范围是 12kHz 到 20kHz（1kHz=1000Hz）；

（ 2） 根据题意知道声波在水中传播的总距离为： s=vt =1500m/s×10s=15000m，

由于声波是反射回来的信号，所以两艘潜艇之间的距离： s ₁ = s /2=15000m/2=7500m；

(3) 因为接收到潜艇 B 反射回来的声波频率是变低的，说明潜艇 B 远离声呐，且速度是 v =20 m/s，1min 后，潜艇 B 行驶的路程 s _B = v _B t =20m/s×60s=1200m， 现在两艘潜艇之间的距离 s ₂ = s ₁ + s _B =7500m+1200m=8700m．

（ 4） 声音的传播是需要介质 ， 地球和月球之间是真空，所以用声呐技术无法测量地球和月球之间的距离 ．