高中物理 第2章 机械波 第3节 波的干涉和衍射 声音干涉素材 鲁科版选修3-4（通用）

高中物理 第2章 机械波 第3节 波的干涉和衍射 声音干涉素材 鲁科版选修3-4（通用）

声音的干涉 ‎ 一只饥饿的蝙蝠尖叫着发出超声波，并倾听着来自周围物体的回声。其中的一道回声听起来好像来自于一只美味的蛾子，于是蝙蝠便循着声音猛扑下去，然而除了空气，它什么也没有得到。这一切都是虎蛾(Bertholdia trigona)捣的鬼。一项新的研究向人们阐释这种机智的防御措施：这种小蛾子会发出超声波的滴答声，从而使蝙蝠的声纳定位系统产生混乱，这就如同对无线电信号实施干扰一样。这是科学家第一次证明自然界也存在这种声音干涉现象。‎ 研究人员一直对能够发出滴答声的虎蛾——其足迹从中美洲一直延伸到美国的科罗拉多州——感到很好奇。许多虎蛾通过震动腹部的隔膜来发出滴答声，但是B.trigona的滴答声却尤其的大。参与该项研究的美国北卡罗来纳州温斯顿—塞勒姆市韦克福雷斯特大学的生物学家William Conner表示：“你把它们放在耳边便可以听到这种声响。”‎ 研究人员发现，这种“大嗓门”的虎蛾通常比它们那些装了“消声器”的表兄们吃得更少，但是这种快速且高调的“zzt-zzt-zzt”声如何阻挡蝙蝠却一直是个未解之谜。3种可能的解释也随即产生。一种假设提出这种滴答声惊吓了蝙蝠。如果真是这样，Conner认为，蝙蝠会学着忽略这些声音。另一种假设相信这种滴答声可能是一个警告，从而让蝙蝠知道这种蛾子的味道不佳。这可能是一些有毒的蛾子，例如夹竹桃虎蛾(Cycnia tenera)，而其他无毒的蛾子或许也会模仿这个方法。最后一种假设是这些蛾子可能以某种方法干扰了蝙蝠的回声定位系统，这是因为滴答声出现的频率范围正好与蝙蝠所使用的超声波的频率相同。‎ 为了搞清哪种假设是正确的，Conner和他的研究生设计了一项试验。在9个夜晚，研究人员让褐色蝙蝠和蛾子同处一室，后者用非常细的钓丝悬在天花板下。其中的一些蛾子是B.trigona，还有一些是摘除了发声器官的B.trigona，另外还有一些不发声或声音很小的蛾子。研究人员同时用红外摄像机拍摄了动物的行动。‎ 与B.trigona相比，蝙蝠与不发声的蛾子的接触频率高出了400%。研究人员发现，从一开始，蝙蝠便会追逐那些发出滴答声的蛾子，这使第一种假设大打折扣；它们一夜又一夜地寻找B.trigona，这也使得警告假设变得不太可能。Conner说，显然，剩下的干涉假设变得可能性最大。此外，在1/3的攻击中，蝙蝠显得犹豫不决，这表明它们正感到困惑。研究人员在2020年7月17日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。‎ 美国哥伦布市俄亥俄州立大学的进化生物学家Mitchell Masters认为，研究人员“给出了迄今为止最有说服力的证据，从而证明了干涉假设的可能性”。‎