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1、次声波超声波本讲稿第一页，共三十一页 在声音的世界里在声音的世界里,有一个常被我们有一个常被我们忽略的空间，它充斥着我们的视野，忽略的空间，它充斥着我们的视野，却逃避着我们的听力，那里有低旋却逃避着我们的听力，那里有低旋的蝙蝠、飞舞的蝴蝶的蝙蝠、飞舞的蝴蝶本讲稿第二页，共三十一页本讲稿第三页，共三十一页本讲稿第四页，共三十一页频率很低或频率频率很低或频率很高的声音人耳很高的声音人耳能听到吗？能听到吗？本讲稿第五页，共三十一页活动活动：测一测你听觉的频率范围：测一测你听觉的频率范围1.1.可可闻闻声声波波：人人耳耳能能听听到到的的声声波波，其其频频率率范范围围大致在大致在2020Hz-20 00
2、0 HzHz-20 000 Hz之间之间2.2.超声波超声波（Supersonic WaveSupersonic Wave）：频率高于频率高于2000020000HzHz的声的声波不能引起人类听觉器官的感觉波不能引起人类听觉器官的感觉 3.3.次次声声波波（Infrasonic Infrasonic WaveWave）：频频率率低低于于2020HzHz的的声声波波不能引起人类听觉器官的感觉不能引起人类听觉器官的感觉本讲稿第六页，共三十一页生活物理社会：次声波次声波可听声可听声超声波超声波1Hz 大象大象 20000Hz15Hz 狗狗 50000Hz20Hz 人类人类 20000Hz60Hz 猫
3、猫 65000Hz150Hz 海豚海豚 150000Hz1000Hz 蝙蝠蝙蝠 120000Hz某些生物的某些生物的听觉听觉频率范围频率范围本讲稿第七页，共三十一页本讲稿第八页，共三十一页超声波的特点超声波的特点方方 向向 性性 好好穿穿 透透 能能 力力 强强易于获得较集中的声能易于获得较集中的声能本讲稿第九页，共三十一页本讲稿第十页，共三十一页1.1.声呐：声呐：利用超声波定向性好、在水中传播利用超声波定向性好、在水中传播距离远等特点制成声呐装置。利用距离远等特点制成声呐装置。利用声呐声呐发出的超声波碰到水下物体反发出的超声波碰到水下物体反射形成的射形成的回声回声可以发现潜艇、鱼群可以发现
4、潜艇、鱼群等水下目标并测出它们的位置，还可等水下目标并测出它们的位置，还可以测绘海底形状以测绘海底形状本讲稿第十一页，共三十一页利用利用B B型超声波型超声波(B(B超超),),可以观察母体内的胎儿、也可以观察母体内的胎儿、也可以观测体内器官，帮助医生进行诊断。可以观测体内器官，帮助医生进行诊断。2.B 2.B 超：超：本讲稿第十二页，共三十一页3.超声波探伤本讲稿第十三页，共三十一页4.4.超声波焊接：超声波焊接：超声波还超声波还能使塑料膜之间能使塑料膜之间摩擦生热，从而摩擦生热，从而黏黏 合在一起。商合在一起。商店里常见的超声店里常见的超声波焊接器，就是波焊接器，就是依据着一原理对依据着一
5、原理对塑料袋进行封口塑料袋进行封口的的。本讲稿第十四页，共三十一页5.5.超声波测速：超声波测速：超声波速度测定器超声波速度测定器利用利用超声波的多普勒效应超声波的多普勒效应，能很快的测出运动中的能很快的测出运动中的网球的速度网球的速度6.6.超声波清洗超声波清洗：超声波能使清洗超声波能使清洗液产生剧烈振动，有液产生剧烈振动，有去污作用，人们据此去污作用，人们据此制成了超声波清洗器制成了超声波清洗器本讲稿第十五页，共三十一页超声波的更多应用：超声波测距、超声波洗衣机、超声波驱蚊、超声波捕鱼、隐性轰炸机、犬笛、超声波洗牙、超声波碎石治疗结石、金属强度探测器、混凝土裂缝探测器应用应用：声呐、B超、
6、超声波测速仪、超声波清洗器、超声波焊接器本讲稿第十六页，共三十一页信息库（1）声声呐呐：1912年年4月月，号号称称“坚坚固固无无比比，永永不不沉沉没没”的的“泰泰坦坦尼尼克克号号”竟竟然然在在首首次次航航行行中中毁毁于于冰冰山山一一角角，震震惊惊世世界界。海海难难促促使使人人们们思思考考：如如何何提提前前知知道道冰冰山山和和礁礁石石的的位位置置，防防止止海海难难呢呢？两两年年后后，法法国国科科学学家家朗朗之之万万根根据据超超声声波波定定向向性性好好的的优优点点发发明明了了声声呐呐（sonar)。基基本本原原理理是是：定定向向发发出出超超声声波波，超超声声波波碰碰到到水水下下物物体体形形成成回
7、回声声，根根据据回回声声声声波波的的时时间间可可以以测测算算出出物物体体的的位位置置。声声呐呐并并不不是是人人类类的的“专专利利”，蝙蝙蝠蝠、海海豚豚、鲸鲸都都有有各各自自的的声声呐呐。它它们们依依靠靠声声呐呐捕捕食食、行行动甚至表达感情。动甚至表达感情。本讲稿第十七页，共三十一页回声：声波在传播过程中遇到障碍物回声：声波在传播过程中遇到障碍物反射回来而形成的，对着山崖、高墙反射回来而形成的，对着山崖、高墙喊话，声波会被障碍物喊话，声波会被障碍物反射反射回来，被回来，被耳朵听到了，就是回声。并不是所有耳朵听到了，就是回声。并不是所有回声我们都听得见，只有障碍物离得回声我们都听得见，只有障碍物离
8、得较远，发出的声音经过较长时间（较远，发出的声音经过较长时间（大大于于0.10.1s s）再回到耳畔，我们才能把）再回到耳畔，我们才能把回声与原声区分开。当障碍物离得回声与原声区分开。当障碍物离得太进时，声波很快反射回来，回声太进时，声波很快反射回来，回声与原声混在一起，形成混响。混响与原声混在一起，形成混响。混响使原声加强，在室内讲话比旷野里使原声加强，在室内讲话比旷野里听起来响亮。混响时间过短，声音听起来响亮。混响时间过短，声音含混不清；混响时间过长，声音干含混不清；混响时间过长，声音干涩不动听涩不动听.信息库（2）本讲稿第十八页，共三十一页信息库（3）不知同学们是否注意过这样的现象，当一
9、辆汽车响着喇叭从你不知同学们是否注意过这样的现象，当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时，喇叭的身边疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低音调会由高变低，好像汽车驶来的时候，好像汽车驶来的时候唱着音符唱着音符“i i”，离开的时候就唱音符离开的时候就唱音符“7 7”了了18421842年，奥地利物年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象，理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变化，并且做出了解释人们把这种观察到的波的频率
10、都会发生变化，并且做出了解释人们把这种现象叫做多普勒效应现象叫做多普勒效应 本讲稿第十九页，共三十一页信息库（3）对于声波和其他波动，情况相似：对于声波和其他波动，情况相似：当波源和观察当波源和观察者相向运动时，者相向运动时，1 1S S内通过观察者的波的数目增加，内通过观察者的波的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源和观察者互相观察到的频率增加；反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变小远离时，观察到的频率变小 超声波碰到迎面而来超声波碰到迎面而来的物体，返回时频率会增加，通过测量这种变化可以推算的物体，返回时频率会增加，通过测量这种变化可以推算物体速度，这就是超声波测速仪的原理。
11、物体速度，这就是超声波测速仪的原理。为了了解多普勒效应，可以做为了了解多普勒效应，可以做这样这样一个模拟实验让一队人沿街行走，一个模拟实验让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每秒有观察者站在街旁不动，每秒有9 9个人个人从他身边通过。如果观察者逆着队从他身边通过。如果观察者逆着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加，也就是频率增加；反之，如增加，也就是频率增加；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低。果观察者顺着队伍行走，频率降低。交警利用红外多普勒测速交警利用红外多普勒测速本讲稿第二十页，共三十一页本讲稿第二十一页，共三十一页1932年年8月一艘月一艘“伊塔尔里
12、号伊塔尔里号”探险船正开往北极。有一位气象学家记探险船正开往北极。有一位气象学家记录航行中的天气情况，放飞探空气球时无意中把脸贴近了气球，没想到录航行中的天气情况，放飞探空气球时无意中把脸贴近了气球，没想到气球发出了令人难以忍受的强烈震荡，刺痛了他的耳朵。那天晚上，探气球发出了令人难以忍受的强烈震荡，刺痛了他的耳朵。那天晚上，探险船遭遇了几乎船毁人亡的风暴。险船遭遇了几乎船毁人亡的风暴。一艘国际商船在一艘国际商船在“火地岛火地岛”，发现了多年前神秘失踪的，发现了多年前神秘失踪的“马可波罗马可波罗”号号帆船，而船上的一切设备及物品确完好无损帆船，而船上的一切设备及物品确完好无损,船员却全部亡了船
13、员却全部亡了！大象具有的一些非凡本领常令人称奇：在安哥拉下一场暴雨，会吸大象具有的一些非凡本领常令人称奇：在安哥拉下一场暴雨，会吸引引150公里外纳米比亚的大象前来饮水！公里外纳米比亚的大象前来饮水！一些奇特的现象一些奇特的现象为什么为什么?本讲稿第二十二页，共三十一页核爆炸核爆炸导弹发射导弹发射次声次声本讲稿第二十三页，共三十一页火山火山地震地震风暴与海啸次声次声本讲稿第二十四页，共三十一页次声波 特征：能量衰减小，能量很难被介质吸收，传能量衰减小，能量很难被介质吸收，传播距离很远（主要沿地面传播）播距离很远（主要沿地面传播）穿透力比较强，没有障碍物能阻挡它，穿透力比较强，没有障碍物能阻挡它
14、，总是向四面八方传播总是向四面八方传播本讲稿第二十五页，共三十一页超声波危害能量高的次声破坏力大：使机器设备能量高的次声破坏力大：使机器设备破裂、飞机解体、建筑物遭到破坏。破裂、飞机解体、建筑物遭到破坏。强次声：破坏人体平衡器官、会产生强次声：破坏人体平衡器官、会产生恶心、眩晕、旋转感等症状，严重的恶心、眩晕、旋转感等症状，严重的会造成内脏出血破裂，危及生命。会造成内脏出血破裂，危及生命。本讲稿第二十六页，共三十一页1932年年8月一艘月一艘“伊塔尔里号伊塔尔里号”探险船正开往北极。有一位气象学家记探险船正开往北极。有一位气象学家记录航行中的天气情况，放飞探空气球时无意中把脸贴近了气球，没想到
15、录航行中的天气情况，放飞探空气球时无意中把脸贴近了气球，没想到气球发出了令人难以忍受的强烈震荡，刺痛了他的耳朵。那天晚上，探气球发出了令人难以忍受的强烈震荡，刺痛了他的耳朵。那天晚上，探险船遭遇了几乎船毁人亡的风暴。险船遭遇了几乎船毁人亡的风暴。一艘国际商船在一艘国际商船在“火地岛火地岛”，发现了多年前神秘失踪的，发现了多年前神秘失踪的“马可波罗马可波罗”号号帆船，而船上的一切设备及物品确完好无损帆船，而船上的一切设备及物品确完好无损,船员却全部亡了船员却全部亡了！大象具有的一些非凡本领常令人称奇：在安哥拉下一场暴雨，大象具有的一些非凡本领常令人称奇：在安哥拉下一场暴雨，会吸引会吸引150公里
16、外纳米比亚的大象前来饮水！公里外纳米比亚的大象前来饮水！次声波 现象：事实上，一个象群采取某种行动后，事实上，一个象群采取某种行动后，50公里外的公里外的其他象群也会有一致的行动。美国科学家发现：大其他象群也会有一致的行动。美国科学家发现：大象很可能是通过地面震动的次声波来传递信息的。象很可能是通过地面震动的次声波来传递信息的。次声波可以传播的很远，很容易绕过障碍物。大象次声波可以传播的很远，很容易绕过障碍物。大象可以可以“听到听到”次声波，这种方式有点像打次声波，这种方式有点像打“长途电长途电话话”。风暴产生的次声波和大象发出的次声波都可。风暴产生的次声波和大象发出的次声波都可以让大象觉察得
17、到。以让大象觉察得到。20022002年一月，科学家经过研究认为：年一月，科学家经过研究认为：“马可波马可波罗罗”船员的死亡之谜很可能是由于风暴所产生的次船员的死亡之谜很可能是由于风暴所产生的次声波。许多科学家据此还推断著名的声波。许多科学家据此还推断著名的“百慕大三百慕大三角角”可能是地球磁场紊乱产生的次声造成的海可能是地球磁场紊乱产生的次声造成的海轮失事轮失事！前苏联科学院院士舒来依金根据这个事件，深入前苏联科学院院士舒来依金根据这个事件，深入研究后发现：研究后发现：1.1.气球都会发生震荡；气球都会发生震荡；2.2.如果不是如果不是气球气球,人本身不会直接感受到震荡的存在人本身不会直接感
18、受到震荡的存在;3.;3.每次每次震荡后都会有风暴到来。这种震荡就是我们今天震荡后都会有风暴到来。这种震荡就是我们今天所说的次声波。所说的次声波。本讲稿第二十七页，共三十一页次声波 研究海啸是由海底地震引起的突发性灾害性天海啸是由海底地震引起的突发性灾害性天气。气。20042004年年1212月月2626日印度洋海啸造成周边日印度洋海啸造成周边国家国家3030万人伤亡。灾后发现在海水淹没区万人伤亡。灾后发现在海水淹没区一公里以外的地方有许多人被压在倒塌的一公里以外的地方有许多人被压在倒塌的房屋内，救灾行动也因为许多遇害者五脏房屋内，救灾行动也因为许多遇害者五脏破裂，肢体不全而进展缓慢。当地人认
19、为破裂，肢体不全而进展缓慢。当地人认为这些现象是由于这些现象是由于“海怪海怪”上岸造成的。上岸造成的。法国费加罗报法国费加罗报读完材料，尝试回答下列问题：读完材料，尝试回答下列问题：你认为是你认为是“海怪海怪”上岸造成的吗？如果不是你认为最合理上岸造成的吗？如果不是你认为最合理的解释是什么？的解释是什么？地震、海啸是无法预报的，面对灾害我们只能束手地震、海啸是无法预报的，面对灾害我们只能束手待毙吗？肩负未来的同学们我们能够做些什么呢？待毙吗？肩负未来的同学们我们能够做些什么呢？本讲稿第二十八页，共三十一页水母是能听到台风与海浪之间产生的水母是能听到台风与海浪之间产生的次声波的海洋生物之一。频率
20、为次声波的海洋生物之一。频率为8 81313赫的次声波，冲击着水母赫的次声波，冲击着水母“耳耳”（细（细柄上的小球）中的很小的听石；听石柄上的小球）中的很小的听石；听石刺激刺激“球球”壁内的神经感受器。这样，壁内的神经感受器。这样，水母便隐约可听到即将来临的台风怒水母便隐约可听到即将来临的台风怒吼声，于是水母纷纷离开岸边，游向吼声，于是水母纷纷离开岸边，游向大海，以免被狂风巨浪砸碎。大海，以免被狂风巨浪砸碎。本讲稿第二十九页，共三十一页次声波应用1 1.预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然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、台风现象，如火山爆发、龙卷风、雷暴、台
21、风等，在发生之前可能会辐射出次声波，人等，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。报这些灾害性自然事件的发生。2.2.通过研究自然现象所产生的次声波的特性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所产生的次声波，可以研究极光活动的规律。律。3.3.在军事上利用次声波制做武器在军事上利用次声波制做武器本讲稿第三十页，共三十一页小结小结
22、 练习练习（1 1）声音频率）声音频率的声波叫超声波，低于的声波叫超声波，低于的声音叫次声波。的声音叫次声波。（2 2）西方人用一种叫做犬笛的口哨来呼唤爱犬。犬笛吹出）西方人用一种叫做犬笛的口哨来呼唤爱犬。犬笛吹出2500025000HzHz的声音。吹的声音。吹“响响”犬笛时周围行人浑然不知，小狗犬笛时周围行人浑然不知，小狗已经按照犬笛的信号行动了，这是因为小狗听到已经按照犬笛的信号行动了，这是因为小狗听到声音声音（3 3）利用声呐测距时，需要知道）利用声呐测距时，需要知道，需测出，需测出，从而测算出该物体所处的位置。，从而测算出该物体所处的位置。（4 4）为什么人能听见蜜蜂嗡嗡，确听不见蝴蝶飞舞呢为什么人能听见蜜蜂嗡嗡，确听不见蝴蝶飞舞呢？声波传播的距离声波传播的距离小于小于2020HzHz回声声波传播的时间回声声波传播的时间大于大于20 00020 000HzHz超声波超声波本讲稿第三十一页，共三十一页