超声波 - 北京市朝阳区教育研究中心.DOC

学科：物理 教学内容：超声波 探究目标 1.知识与技能 知道超声波、次声波的产生与应用；了解声呐及B超工作原理. 2.过程与方法 在参观、调查及上网过程中获得超声波知识；了解动物对超声波的利用. 3.情感、态度与价值观 在了解超声波、次声波在现代技术的应用中，增强对科学的热爱. 探究指导 物理宫殿 1.超声波（supersonic wave） 高于20 000Hz的声波称为超声波.蚊子、猫、狗和家畜等动物能听到.其特点是方向性好、穿透能力强，易于获得较集中的声能量. 2.超声波的应用 （1）声呐（sonar）：声呐是一个监测反射声波的系统.人们利用在水中超声波比光波和无线电波传播得远，且定向性好的特点制成了声呐装置，让它向海下发出高频超声波，依据回声声波的时间，可以测出水下障碍物所处位置、形状和大小； （2）回声定位：如图4.4-1甲所示，轮船利用超声波探测船下的水深.发射器发射超声脉冲，声呐仪监测到反射来的回音，从而可算出水深.水深（h）=×水中的声速(v)×所花时间（t）；如图4.4-1乙，黑夜里，蝙蝠利用超声波导航； 图4.4-1 【例1】 2000年8月，俄罗斯的库尔斯克号核潜艇在巴伦支海遇难.探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置.超声波在海水中的波速v＝1450m／s，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间为 t＝0.146s，则潜艇沉没的实际深度h约为多大（取整数值）？ 思路与技巧 超声波从发出到接收共用时间 t＝0.146s，则超声波从发出到潜艇处共用时间为×0.146s，再根据超声波在水中的速度便可求出潜艇沉没的深度h.. 答案 潜艇沉没的实际深度 h=1450m/s×0.073≈106m. （3）B超：超声波能够成像，让超声波射入人体内，会在不均匀处和分界面上反射成像，即内脏的“声”像.利用B型超声波诊断仪可以观察到人体内器官及胎儿生长发育情况，如图4.4-2所示； 图4.4-2 胎儿的B超图像 （4）超声波去污（碎石）：超声波能使清洗液产生剧烈的振荡，有去污作用，如图4.4-3甲.此外超声波还能传递能量击碎人体内结石，如图4.4-3乙； 图4.4-3 （5）超声波探伤：如图4.4-4所示，利用超声波的穿透与反射特性探测金属内部的裂纹、气泡等缺陷； 图4.4-4 图4.4-5 超声波速度测定器 （6）超声波测声速：向行驶车辆发出超声波被车辆反射回来，测速仪接收到声波频率会发生变化，从而确定车辆速度，如图4.4-5所示. 【例2】 超声波具有 、 等特点，超声波主要用于 、 、 、 等方面. 思路与技巧 与其他可听声相比，超声波具有方向性好、穿透力强，易于获得集中声波等特点，因而有着广泛的应用. 答案 方向性好、穿透力强；航海探测、医疗诊断、医疗治疗、金属探伤等. 【例3】 蝙蝠夜间出来活动从来不会撞到墙壁、树枝上，以下解释正确的是（ ） A.蝙蝠的眼睛有夜视功能 B.夜晚有月光 C. 蝙蝠发出超声波可以在物体上返回，根据回声就可以判定物体的位置和在距离 D. 蝙蝠的嗅觉很好，可以嗅出前面是否有物体 图4.4-6 思路与技巧 蝙蝠在飞行时发出超声波，超声波碰到墙壁或昆虫时反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠就可以确定目标的位置和距离.声呐就是模拟蝙蝠回声定位的原理制成的仿生波装置. 答案 C. 3.次声波（subsonic） 低于20 Hz的声波称为次声波.其特点是传播时能量损失小，能传得很远. 4.次声波的应用 （1）预测自然灾害：火山爆发、龙卷风、海啸、台风等在发生前会先有次声辐射，利用次声监测仪进行预测.此外很多动物能听到次声，在台风来临时，海蚤听到了“警报”能到远处躲藏起来.地震前动物惊恐（草鱼跳跃，鸽子不安）； （2）一定强度的次声波对人体造成严重危害，使人产生恐惧、恶心、神经错乱，甚至五脏破裂，强大次声波还会对机器设备、建筑物造成破坏； （3）军事监测：在大气层内进行核爆炸会产生巨大的次声波，用一种高灵敏度的监测装置（又叫大耳朵）就可探测到核爆炸的强度和位置.目前已建成全球性核试验监测网.地球上任何一个角落进行的核试验都不可能逃过“大耳朵”的“监听”. 【例4】 阅读材料 水母的顺风耳 生活在海边的渔民看见过这样的情景：风和日丽，平静的海面上出现一把把小小的“降落伞”——水母.它们在近海处悠闲自得地升降、漂游.忽然水母像听见什么命令似的，纷纷离开海岸，游向大海，不一会儿，狂风呼啸，波涛汹涌，风暴来临了. 为什么水母能预知未来的风暴呢？科学家经过多年的观察研究，发现水母的听觉器官特殊，能够感觉到次声波.当风暴来临时，空气和波浪摩擦会产生振动频率为8～