物理八年级上册3.4声与现代科技-解密超声与次声-导学案有答案-教科版

初中物理 解密超声与次声
一、学习目标
1. 知道声音的利用；
2. 知道超声波与次声波及它们的利用。
二、重难点提示
重点：人耳可听声音的频率范围；超声波的利用。
难点：超声与次声的利用。
考点精讲：
1. 声的利用：
（1）声音可以传递能量。
（2）声音可以传递信息。
2. 超声波：指振动频率高于20000Hz的声波。人类听不到超声波，但是某些动物却可以感受到。超声波的技术应用：
（1）超声探伤、测厚、测距、医学诊断和成像。在工业生产中常常运用超声透射法对产品进行无损探测。超声波发生器发射出的超声波能够透过被检测的样品，被对面的接收器所接收。如果样品内部有缺陷，超声波就会在缺陷处发生反射，这时，对面的接收器便收不到或者不能全部收到发生器发射出的超声波信号。这样，就可以在不损伤被检测样品的情况下，检测出样品内部有无缺陷。在医疗诊断中则常采用回声法：将弱超声波透入人体内部，当超声波遇到脏器的界面时，便发生反射和透射。医务人员根据所收到的各次反射波的时间间隔和波的强弱，就能够了解到脏器的大小、位置及其内部的病变等。
（2）超声处理。超声处理主要是利用强超声波进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、医疗、种子处理等。在工业上，利用强超声波对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。
【知识链接】超声波的特性：（1）方向性好，几乎沿直线传播，容易发生反射。超声波很容易定向发射，遇到障碍物又会反射回来，并且在水中能传播得很远。于是，人们利用它制造出水下探测和通讯仪器——声呐，可以在船上探测出海洋的深度、鱼群、礁石和敌方的潜艇等。（2）穿透力强。可利用超声诊断仪（如B超）检查病变情况，超声探测仪探测金属内部有无缺陷等。（3）具有很强的振荡、冲击和破坏力。例如用它使清洗液产生剧烈振荡，能够把细小物体表面的污物洗掉；医生用超声波击碎人体内的结石，使之顺利排出体外。
3. 次声波：次声波指振动频率低于20Hz的声波。人类听不到次声波，但是某些动物却可以感受到。监测和控制次声波有助于减少它的危害，并可预报地震、台风、海啸和监测核爆炸。
次声波的应用前景大致有这样几个方面：
（1）通过研究自然现象所产生的次声波的特性和产生的机理，更深入地研究和认识这些自然现象的特征与规律。例如，利用极光所产生的次声波，可以研究极光活动的规律。
（2）利用所接收到的被测声源产生的次声波，可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如，通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波，来探测出这些次声源的有关参量。
（3）预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然现象，如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等，在发生之前可能会辐射出次声波，人们就有可能利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。
【知识链接】次声波能传递信息。例如，地震、火山爆发、台风等，都伴有次声波的产生。我们可以利用这种次声波预测将要来临的灾难。
例题1 关于声音，下列说法中不正确的是（　　）
A. 我们听不到蝴蝶飞行时发出的声音，而能听到蚊子飞行时发出的声音，这是因为它们发出声音的频率不同
B. 家用轿车上的“倒车雷达”利用了超声波的回声定位来工作
C. 超声波清洗器在清洗眼镜时发出的“嗞嗞”声属于超声
D. 超声波具有能量，可用来焊接塑料制品
思路分析：A. 因为蝴蝶翅膀振动发出的声音小于20赫兹，是次声波，人耳听不到。蚊子飞行时，翅膀振动频率较快，发出的声音在人的听觉频率范围内。B. 现代的汽车广泛利用了倒车雷达，它在工作时会发出超声波，这些声波遇到障碍物时会反射回来，根据回声反射回来的方位和时间，可以确定障碍物的位置。（其他的军用、民用雷达是利用了“电磁波”来工作）。C. 超声波发声，人耳是不能听到的，符合题意。D. 超声波会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过超声能量传送到焊区，使局部产生高温，致使两个塑料的接触面迅速熔化融合成一体，不符合题意。
答案：C
例题2 （松北区二模）关于声现象，下列说法不正确的是（　　）
A B C D
A. 在公路旁设置声音屏障，使噪声在传播过程中减弱
B. 从上、下两个音叉振动的波形图中可看出下面音叉的音调高
C. 利用声呐可探测海底的深度，声呐是超声波的应用
D. 地震时产生次声波，地震会造成自然灾难，雅安地震牵动每个人的爱心，雅安加油
思路分析：A. 在公路旁设置声音屏障使噪声在传播过程中减弱，说法正确；B. 如图所示，相同时间内，上图物体振动了4.5次，下图物体振动了2.5次，故上面的频率小于下面的频率，上面的音调比下面的音调高，故B错误；C. 超声波的方向性好、声能较集中、在水中传播距离远，所以探测海底深度应用超声波，而声呐是超声波的应用，故利用声呐可探测海底的深度；故C正确；D. 自然灾害伴随着次声波的产生，因此地震时产生次声波，地震会造成自然灾难，雅安地震牵动每个人的爱心，雅安加油，说法正确。
答案：B
【技巧点拨】（1）减弱噪声的途径：在声源处、在传播过程中、在人耳处减弱；（2）比较相同时间内物体振动的次数可以比较频率大小，频率越大，音调越高；（3）探测海底深度利用超声波的方向性好、声能较集中、在水中传播距离远等特点；（4）自然灾害伴随着次声波的产生。
【易错指津】
利用“波”来传递信息，人们已经广泛应用了“电磁波”（比如手机、互联网光纤、卫星电视等），但以下传递信息的方式一定是采用了“声波”而不是“电磁波”：“B超”检查胎儿、汽车的倒车雷达、水中声呐。
【综合拓展】
1. 频率小于20Hz（赫兹）的声波叫做次声波。次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收。而次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近，容易和人体器官产生共振，对人体有很强的伤害性，严重时可致人死亡。但不是所有的次声波都对人体有危害，其还与能量和频率有关（蝴蝶拍打翅膀飞舞时，就产生了次声波，但对人畜无害）。
2. 声呐是英文缩写“SONAR”的音译，全称为：声音导航与测距，（Sound Navigation And Ranging）是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通信任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。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，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，故无法作为侦测的讯号来源，所以以声波探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。
同步练习：
（答题时间：10分钟）
1. 我们都有这样的亲身经历：大雪过后，大地披上厚厚的银装，这时你会发现周围特别宁静，这是因为雪地里的微孔能吸收声音。根据这一描述，你认为会堂、剧院的墙壁做成凸凹不平的形状，或采用蜂窝状的材料，这主要是为了（　　）
A. 减弱声波的反射 B. 增强声波的反射
C. 增大声音的响度 D. 装饰得美观些
2. 以下实例中不能说明声音可以传递信息的是（　　）
A. 医生用听诊器了解病人心肺工作状况
B. 铁路工人用铁锤敲击钢轨检查螺栓是否松动
C. 牙医用超声波洁牙
D. 利用声呐测海深
3. 以下各组中全属于声音可以传递信息的是（　　）
A. 蝙蝠是利用回声定位来确定位置和距离；用超声波清除眼镜片上的垢迹
B. 用声呐可以帮渔民获得水中鱼群的信息；用声波清洗精细的机械
C. 医生通过听诊器了解病人心、肺的状况；医生用超声波为病人除去体内的结石
D. 铁路工人用铁锤敲击钢轨，从异常的声音中发现松动的螺栓；用“B”超探查身体情况
4. （黄冈）据报道，世界“吼王”杰米?温德拉曾“吼”出超过100分贝的声音，如图是他“吼”出声音将玻璃杯震碎的情景。下列有关他“吼”出的声音的说法正确的是（　　）
A. 声音传递了能量
B. 声音只在玻璃杯中传播
C. 声音是玻璃杯振动产生的
D. 声音的分贝数越高其频率越大
5. （黔南州）有一种电子牙刷，能发出超声波。超声波能直达普通牙刷刷不到的地方，这样刷牙即干净又舒服。下列解释正确的是（　　）
A. 超声波不能传递能量
B. 超声波的音量很低，所以人耳听不到
C. 超声波不是物体振动产生的
D. 超声波能传递能量
6. 下列事例中，属于使用次声的是（　　）
A. 用声呐技术测海底深度
B. 蝙蝠确定目标的方向和距离
C. 海豚判断物体的位置和大小
D. 预报海啸、台风
7. 如图是工人师傅用一把螺丝刀探听电动机内部运转是否正常的做法，该现象说明______可以传声；通过听到的声音可以判断电动机内部运转是否正常，这是利用了声音可以传递______（选填“能量”或“信息”）。
8. 如图所示为人和一些动物的发声频率、听觉频率的范围信息。
（1）试归纳出上述信息的共性特征，并简述其合理性。
（2）现在有关地震的资料上都写道：地震前夕，一些动物有异常反应，如老鼠出洞、鸡鸣狗叫等，而很少见到猫有什么反应，这是为什么？
（3）某种昆虫靠翅的振动发声。如果这种昆虫的翅膀在2s内振动了600次，它的频率是多少赫兹，人类能不能听到这种昆虫飞行的声音。
9. 阅读下面短文，完成后面的题目：
雪花落水也有声
生活中的很多现象都是有科学道理的，但是却缺少发现它们的眼睛。耐心地读一读这篇文章，也许你会有所发现。
相信大部分读者看到本文题目，都会认为，这篇文章登错了地方，因为它看起来不讲科学而含诗意。要知道，一般的常识告诉我们，雪花落水静悄悄，毫无声响。不过，雪花落水真的会产生声波，在3月份的一期《自然》杂志上，几个科学家联名发表文章，宣布了他们的上述结论。
首先要说明的是，雪花落水发出的声波频率在50000Hz到2×105Hz之间，高于人们能听见的声波频率。但是，海里的鲸鱼就能听到雪花落水所产生的声响，并且这些声响令鲸鱼异常烦躁。然而，请不要想当然，这些声音不是雪花与水面撞击发出的，而是……
冷战时期，当时美国海军要监视苏联潜水艇的活动，他们发现，在下雨的时候，水下声呐工作效果不好，常有噪声干扰，甚至干脆无法监听。
著名的约翰?霍甫金斯大学机械工程系的普罗斯佩勒提教授是个奇才。普罗斯佩勒提断定，这些声音不是雨滴撞击水面发出，而是含在雨滴中的气泡振动发出的。克拉姆有一个设备：一个每秒可拍摄1000张照片的高速水下摄影机。利用这台摄影机，他们确实在下雨时发现水中产生气泡，这些气泡还在不断地收缩、膨胀、振动。普罗斯佩勒提的理论基础和数学能力也很高，他通过计算得出，下雨时那些噪声的频率和衰减情况确实与气泡的振动状况协调一致，从而证实他们的理论完全正确。他还发现，大气泡振动产生低频声波，小气泡振动产生高频声波。普罗斯佩勒提通过理论分析指出，气泡是要将自己的体积与水的密度相适应，才不断收缩和膨胀的。
事情还没有结束，人们告诉他们，渔民常抱怨，在下雪时他们的声呐也常常侦听不到鱼群。一开始，他们也不信，因为雪花中含有90%以上的水，空气不多。但是，他们不是简单否认，而是要用实验来验证。在一个风雪的夜晚，他们在一个汽车旅馆的游泳池找到了证据，雪花落水时也产生气泡，同样，这些气泡也振动，从而发出声波。其实，无论是人们打水漂时所听到的细微声响，还是瀑布的隆隆震响，都不是（或主要不是）来自石块及岩石与水的碰撞，而是由于气泡。你看，大自然是何等奇妙，而从事科研工作的人们在发现真理的时候又是多么幸福。
（1）雪花落水发出的声波属于______（选填“超声波”、“次声波”）。
（2）声呐装置是利用仿生学原理制成的，它模仿的是下列哪种生物______；
A. 蝙蝠????? B. 猫?????? C. 狗????? D. 大象
（3）雪花落水发出的声音对人来讲不是噪音，站在鲸鱼的角度看______（是/不是）噪声。
（4）科学家们发现，不论是雪花落水，还是雨滴落水，都会引起气泡的______，这个声音能被鲸鱼听到，说明______能传播声音。
（5）在探究雨滴落水产生声音的过程中，科学家们进行了下列过程，请你把它们按正确的顺序排列起来______（填序号即可）。
a. 归纳分析??? b. 进行实验?? c. 提出假设?? d. 得出结论。
答案：
1. A 解析：会堂、剧院的墙壁做成凸凹不平的形状，或采用蜂窝状的材料，主要是因为声音在反射时能量会相互抵消，从而减弱声波的反射，增强听众的收听效果。故A正确，B、C、D错误。
2. C 解析：A. 医生用听诊器了解病人心肺工作状况，就是通过心肺发出的声音判断病情的，是利用声音传递信息的，所以A不合题意；B. 铁路工人用铁锤敲击钢轨检查螺栓是否松动，钢轨的螺栓松动与否发出的声音是不一样的，是利用声音传递信息的，所以B不合题意；C. 牙医用超声波洁牙，是利用声音的能量将牙洗净，所以是利用声音传递能量的，故C合题意；D. 利用声呐测海深，是利用声音传递信息的，所以D不合题意。
3. D 解析：A. 蝙蝠是利用回声定位来确定位置和距离，是利用声音能够传递信息；用超声波清除眼镜片上的垢迹，是利用声音能够传递能量，不符合题意。B. 用声呐可以帮渔民获得水中鱼群的信息，是利用声音能够传递信息；用声波清洗精细的机械，是利用声音能够传递能量，不符合题意。C. 医生用听诊器诊病，是利用声音能够传递信息；超声波通过传递能量可以击碎结石，说明声音可以传递能量，不符合题意；D. 铁路工人用铁锤敲击钢轨，从异常的声音中发现松动的螺栓；用“B”超探查身体状况，都是利用了声音能够传递信息，符合题意。
4. A 解析：世界“吼王”杰米?温德拉曾“吼”出超过100分贝的声音，因为玻璃杯破了主要是利用声波来传递能量。声音不仅仅在玻璃杯中传播，“吼王”吼出的声音是他的声带振动产生的，声音的分贝数是指其响度，与频率无关，因此，B、C、D均不合题意。
5. D 解析：A. 超声波也是声波，故其既能传递信息，又能传递能量，故错误；B. 频率高于20000Hz的声波叫超声波，这种声波人耳朵是不能直接听到的，并不是因为其音量低的缘故，故错误；C. 超声波也是由物体振动产生的，故错误；D. 超声波既能传递信息，又能传递能量，故正确。
6. D 解析：A. 声呐利用的是超声，故A错误；B. 蝙蝠可以发出超声波，并进行回声定位，故B错误；C. 海豚可以发出超声波，通过回声定位来判断物体的位置和大小，故C错误；D. 在海啸、台风、火山喷发、地震等灾害来临前会发出次声波，故D正确。
7. 固体；信息 解析：工人师傅用一把螺丝刀探听电动机内部运转是否正常，由于固体可以传递声音，所以通过听到的声音可以判断电动机内部运转是否正常；该现象说明了声音可以传递信息。
8. （1）由图可知，人的最高听觉频率比其他的动物都低（或人和动物的发声频率都比听觉频率范围小）；（2）地震发生时，会产生次声波，次声波的频率低于20Hz，而猫的听觉频率最低为60Hz，所以猫听不到地震传来的次声波，所以没有反应；（3）昆虫翅膀的振动频率为300Hz，人类能听到的频率范围是20～20000Hz，300Hz在人类能听到的频率范围内，所以能听到。
解析：（1）比较人与其他动物的发声频率范围的不同得出共性特征；
（2）地震发生时，会产生次声波，次声波不在猫的听觉范围内；
（3）人耳的听觉范围一定，对不在这个范围的声音听不到.
9. （1）超声波；（2）A；（3）是；（4）振动；海水（液体）；（5）cbad
解析：（1）由于雪花落水发出的声波频率在50000Hz到2×105Hz之间，高于人们能听见的声波频率，故其所发出的声波是超声波。（2）声呐装置是利用仿生学原理制成的，它是模仿蝙蝠的回声定位原理制成的，（3）“海里的鲸鱼就能听到雪花落水所产生的声响，并且这些声响令鲸鱼异常烦躁”，故这些声音对于鲸鱼来说是噪音。（4）不论是雪花落水，还是雨滴落水，都会引起气泡的振动而产生声音，这个声音能被鲸鱼听到，说明液体能传播声音。（5）据原文的描述，在探究雨滴落水产生声音的过程中，科学家先提出假设，然后进行实验，后分析归纳，最后得出结论，故正确的次序是cbad。