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第三章 聲的世界
3.3 超聲與次聲
課時導(dǎo)入
從身邊的問題出發(fā)：
在生活中我們能聽得見蒼蠅飛的聲音, 卻幾乎看不到蒼蠅的翅膀在振動；我們能夠看得見蝴蝶的翅膀在振動, 卻聽不到它振動發(fā)出的聲音；黑暗的房間里蝙蝠在飛行時能巧妙地避開障礙物，如圖1 所示，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是什么呢？
感悟新知
產(chǎn)生疑問
1. 我們在對生活和自然的觀察中，必定會產(chǎn)生許多疑問，要學(xué)會將這些疑問明確地表達(dá)出來。
2. 帶著疑問來學(xué)習(xí)物理，研究物理，可以大大提高學(xué)習(xí)的效率，提高解決問題的能力。
知1－導(dǎo)
感悟新知
知識點
聲音的劃分
1
人耳只能對20Hz~20 000Hz的聲音產(chǎn)生聽覺，
高于20 000Hz的聲音叫做超聲；
低于20Hz的聲音，叫做次聲。
知1－講
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聲波的頻率范圍很寬，從10-4 Hz 到1012 Hz，依據(jù)人們能否聽到劃分為三個區(qū)域（圖2）：
人耳能聽到的聲音的頻率范圍：______________ ；
超聲：大于 ___________的聲音；
次聲：小于 ___________的聲音。
超聲和次聲也屬于聲波，所以不能在真空中傳播。
20 ~ 20 000 Hz
20 000 Hz
20 Hz
知1－講
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人和一些動物的發(fā)聲和聽覺的頻率范圍（圖3）。
知1－講
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思想方法
聯(lián)想遷移是指以聯(lián)想為載體，進(jìn)行各種遷移的一種學(xué)習(xí)研究方法。包括情景遷移、知識遷移、思維遷移等。我們所學(xué)的很多知識點或是生活中的許多現(xiàn)象看起來是孤立的，但它們之間存在著共性和聯(lián)系。對于這些知識點或是現(xiàn)象可以采用聯(lián)想遷移法進(jìn)行識記和研究。
例如：由蝙蝠利用超聲波來導(dǎo)航，聯(lián)想遷移到可以利用超聲波為船只等進(jìn)行導(dǎo)航、探測魚群等。
知1－練
感悟新知
超聲波有兩個特點：一是能量大，二是沿直線傳播。下列各例中利用超聲波能量大的是（ ）
A. 超聲波加濕器使藥液霧化后讓病人吸入治療咽喉炎癥
B. 蝙蝠利用超聲波確定食物及障礙物的位置
C. 醫(yī)院利用“B 超”檢查人體內(nèi)情況
D. 用超聲波探測水庫大壩是否有空隙裂縫
例1
思路導(dǎo)引：超聲可以傳遞信息和能量。
A
知1－練
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超聲的特點及應(yīng)用的關(guān)系圖
知2－導(dǎo)
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知識點
超聲
2
蝙蝠利用超聲波進(jìn)行捕食。
超聲特點：傳播距離遠(yuǎn)，方向性強(qiáng)，穿透能力強(qiáng)，能量
大且密集。
超聲的應(yīng)用
超聲的導(dǎo)航能力
知2－講
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1. 超聲的特點
（1） ________好，幾乎沿直線傳播；
（2）穿透能力強(qiáng)；
（3） 在介質(zhì)中傳播時能產(chǎn)生巨大的作用力，可以用來為硬質(zhì)材料做切割、鑿孔等。
方向性
知2－講
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2. 超聲的應(yīng)用
信息 （1）可以導(dǎo)航 （2）可以探測魚群、海礁等 （3）可以檢查、治療疾病；探測金屬內(nèi)部的缺陷
能量 （1）可以使不能混合的液體混在一起 （2）超聲有破碎能力，可以利用超聲波的巨大能量把人體內(nèi)的結(jié)石擊碎
知2－講
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拓展一步
1.固有頻率：物體本身所固有的頻率，由物質(zhì)結(jié)構(gòu)和材料等自身因素決定。每個物體都會有各自的固有頻率。
2. 共振現(xiàn)象：
如圖4所示，甲、乙若是兩個
完全相同的音叉，保持較近的距離，
無論敲擊其中任何一個，另一個也
會發(fā)出聲音，這種現(xiàn)象就叫共振現(xiàn)象。
知2－練
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海上發(fā)生風(fēng)暴時會產(chǎn)生次聲波，所以利用次聲波可以預(yù)報海上風(fēng)暴，從而為漁業(yè)、航海等服務(wù)。下列說法正確的是（　　）
A. 次聲波不能傳遞信息
B. 次聲波在海水中傳播速度比超聲波快
C. 次聲波是由物體振動產(chǎn)生的
D. 次聲波的頻率太高，人耳聽不見
C
例2
知2－練
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思路導(dǎo)引：聲音可以傳遞信息，也可以傳遞能量。聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度不同：一般情況下，聲音的傳播速度在氣體中慢，在液體中較快，在固體中最快。聲音是由物體的振動產(chǎn)生的。超聲波和次聲波都是人耳聽不到的。
知2－練
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超聲與次聲的辨別
1. 根據(jù)人的聽覺頻率范圍來劃分超聲、次聲：
高于20 000 Hz的聲音叫超聲。
低于20 Hz的聲音叫次聲。
2. 超聲、次聲的劃分與聲音的響度和音色無關(guān)。
知2－練
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1. 地震發(fā)生前，由于地殼的振動，會產(chǎn)生次聲波，這些次聲波不會引起人的聽覺反應(yīng)，但能引起某些動物的聽覺反應(yīng)，由表格提供的數(shù)據(jù)可知，對地震產(chǎn)生的次聲波反應(yīng)最強(qiáng)的動物是（ ）
A. 蝙蝠 B . 貓
C . 狗 D . 大象
D
一些動物的聽覺頻率范圍 蝙蝠 1 000~120 000 Hz
狗 15~50 000 Hz
貓 60~65 000 Hz
大象 1~20 000 Hz
知3－講
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1. 來源：火山、地震、風(fēng)暴與海嘯、核爆炸、導(dǎo)彈發(fā)射等。
2. 特點
（1）不容易衰減，不易被水和空氣吸收；
（2）來源廣，可以傳播的距離遠(yuǎn)；
（3）頻率低，具有極強(qiáng)的穿透力。
知識點
次聲
3
知3－講
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3. 危害
（1） 不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機(jī)都不在話下。
（2） 次聲穿透人體時，不僅能使人產(chǎn)生頭暈、煩躁、耳鳴、惡心、心悸、視物模糊、吞咽困難、胃痛、肝功能失調(diào)、四肢麻木，而且還可能破壞大腦神經(jīng)系統(tǒng)，造成大腦組織重大損傷, 還可能導(dǎo)致死亡。
知3－講
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分析解釋
提出問題：為什么次聲會給人體的內(nèi)臟帶來很大危害？
答：人體內(nèi)臟固有的振動頻率和次聲頻率相近似(0.01～20Hz)，倘若外來的次聲頻率與身體內(nèi)臟的振動頻率相似或相同，就會引起人體內(nèi)臟的“共振”，從而使人產(chǎn)生頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等一系列癥狀。
特別是當(dāng)人的腹腔、胸腔等固有的振動頻率與外來次聲頻率一致時，更容易引起人體內(nèi)臟的共振，使人體內(nèi)臟受損而喪命。
知3－講
感悟新知
4. 應(yīng)用
（1）建立次聲波站，可以探知幾千米外的核武器試驗和導(dǎo)彈發(fā)射；
（2）預(yù)報海嘯、臺風(fēng)：由地震引起的巨大海浪的傳播速度和臺風(fēng)中心的移動速度都小于次聲波的波速，所以接收次聲波能預(yù)報破壞性很大的海嘯、臺風(fēng)。
知3－練
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[中考·紹興] 交通部門常用測速儀來檢測車速。測速原理是測速儀前后兩次發(fā)出并接收到被測車反射回的超聲波信號，再根據(jù)兩次信號的時間差，測出車速，如圖5 甲。某次測速中，測速儀發(fā)出與接收超聲波的情況如
圖乙所示，x 表示超聲波與測速儀
之間的距離。假設(shè)超聲波的速度為
340 m/s，且保持不變，則該被測
汽車的速度是多少？
例3
知3－練
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解： 由圖5 知，超聲波第一次從測速儀發(fā)出到與汽車相遇的地點A 經(jīng)過的時間為t1=0.16 s， 這段距離為s1=v聲·t1 = 340 m/s×0.16 s=54.4 m； 超聲波第二次從測速儀發(fā)出到與汽車相遇的地點B 經(jīng)過的時間為t2=1.12 s-1 s=0.12 s， 這段距離為s2=v 聲·t2=340 m/s×0.12 s=40.8 m， 所以汽車行駛的距離為sAB=s1-s2=54.4 m-40.8 m=13.6 m； 由圖5 知， 汽車從A 點到B點行駛的時間是t=1.12 s-0.16 s=0.96 s，所以汽車行駛的速度為v= = ≈ 14.17 m/s。
知3－練
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思路導(dǎo)引：根據(jù)題意畫出行程圖（如圖6），使整個過程清晰明了。
知3－練
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超聲測速的解題模型
1.在解決超聲測速問題時，可以把超聲也看成運動的物體。
2.用速度與路程、時間的關(guān)系解答。
知3－練
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3. 所有的聲(包括超聲、次聲)在同種介質(zhì)中的傳播速度相等。在空氣中都可以近似認(rèn)為等于340 m/s。
4. 探測海底、魚群、暗礁、潛艇等的位置都是同樣的方法。略有不同的是海底和暗礁一定靜止，魚群和潛艇可能靜止也可能運動。
課堂小結(jié)
超聲與次聲
超聲與次聲
超聲
次聲
頻率高于20000Hz的聲波叫超聲
應(yīng)用：確定潛艇、魚群的位置或海洋的深度
醫(yī)學(xué)上的B超
超聲探傷儀
消毒殺菌等
頻率低于20Hz的聲波叫次聲
應(yīng)用：可以探測核武器試驗和導(dǎo)彈發(fā)射
預(yù)報破壞性很大的海嘯、臺風(fēng)等
課堂小結(jié)
超聲與次聲
1. 人耳的聽覺頻率范圍：20～20 000 Hz，
高于20 000 Hz的聲音稱為超聲，
低于20 Hz的聲音稱為次聲。
2. 超聲的特點和應(yīng)用：
課堂小結(jié)
超聲與次聲
(1)方向性好，傳播距離遠(yuǎn)：利用聲吶探測海底深度、
海中暗礁、魚群、潛艇的位置等；
(2)穿透能力強(qiáng)：超聲診斷儀(B超)、超聲金屬探傷儀等；
(3)破碎能力強(qiáng)：體外碎石機(jī)、殺菌消毒等。
3.次聲：頻率低，次聲具有極強(qiáng)的穿透力和極大的破壞力。

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