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2.3 超声波与次声波
一、课程导入：人耳 “听不见” 的声音
（一）情境回顾与提问
知识回顾：在上一节 “声音的特性” 中，我们提到人耳能听到的声音频率范围是 20Hz-20000Hz。那么，频率低于 20Hz 或高于 20000Hz 的声音，人耳能听到吗？
图片 / 视频素材：播放蝙蝠夜间飞行捕食的视频、地震后救援人员使用生命探测仪的画面。
提问引导：
“蝙蝠没有眼睛，为什么能在黑暗中准确避开障碍物并捕捉昆虫？”
“地震发生后，救援人员如何在废墟中找到存活的被困者？这些场景中是否隐藏着人耳听不见的声音？”
（二）导入目标
通过回顾旧知与生活场景，引出 “超声波” 与 “次声波” 的概念，激发学生对 “人耳听不见的声音” 的探究兴趣，自然过渡到本节课核心内容。
二、知识点 1：超声波
（一）定义与特点
定义：频率高于 20000Hz 的声波叫做超声波，人耳无法直接感知，但部分动物（如蝙蝠、海豚）能听到。
核心特点：
频率高、振动剧烈：能量集中，穿透力强（能穿透金属、骨骼等固体）；
方向性好：传播路径较直，不易发散，便于定向探测；
易反射：遇到障碍物时容易发生反射，可通过接收反射波获取信息。
（二）实验探究：感受超声波的应用（教师演示）
实验名称
实验器材
实验步骤
实验现象
实验结论
超声波清洗器除污
超声波清洗器、带油污的金属小零件、清水
1. 将带油污的零件放入清洗器水槽，加入清水；2. 启动清洗器，观察 5 分钟；3. 取出零件，观察表面油污变化
零件表面的油污逐渐脱落，最终变得干净
超声波能产生剧烈振动，将油污从零件表面剥离，可用于精密清洗
超声波测距演示
超声波测距模块、显示屏、支架
1. 将测距模块固定在支架上，对准 3 米外的墙壁；2. 启动模块，观察显示屏上的距离数值；3. 改变模块与墙壁的距离（2 米、4 米），重复测量
显示屏能准确显示模块与墙壁的距离，误差较小
超声波方向性好、易反射，可通过 “发射 - 反射 - 接收” 的过程测量距离
（三）生活与科技中的应用
医疗领域：
B 超检查：超声波穿透人体组织，遇到不同器官（如肝脏、胎儿）时反射程度不同，接收反射波后转化为图像，帮助医生观察器官形态与健康状况（无辐射，对人体安全）；
超声波碎石：利用超声波的高频振动，将人体内的结石（如肾结石）击碎成小块，便于排出体外，避免手术创伤。
工业领域：
精密清洗：用于清洗电子元件（如电路板）、光学镜片、医疗器械等，能去除缝隙中的微小污垢，不损伤物体表面；
无损检测：向金属构件（如桥梁、管道）发射超声波，若构件内部有裂缝，超声波反射波会发生变化，可检测构件是否存在缺陷，保障安全。
日常生活与科技：
蝙蝠的回声定位：蝙蝠飞行时发出超声波，超声波遇到昆虫或障碍物后反射，蝙蝠接收反射波，判断目标的位置、距离与大小，实现夜间捕食与避障；
倒车雷达：汽车尾部的超声波传感器发射超声波，遇到障碍物后反射，传感器接收反射波，计算距离并通过警报声提醒驾驶员（距离越近，警报声越急促）；
超声波加湿器：超声波振动将水打散成微小雾滴，扩散到空气中，增加空气湿度，改善干燥环境。
三、知识点 2：次声波
（一）定义与特点
定义：频率低于 20Hz 的声波叫做次声波，人耳同样无法感知，但能通过身体感受到（如地震前部分人会出现头晕、恶心等不适）。
核心特点：
频率低、波长很长：传播距离远（能绕地球传播数圈），不易被障碍物吸收；
能量衰减慢：在空气中传播时，能量损失少，可远距离传播自然或人为产生的次声波；
对人体影响大：次声波频率与人体器官（如心脏、内脏）的固有振动频率接近，易引发 “共振”，干扰器官正常功能。
（二）次声波的产生与危害
主要产生来源：
自然现象：地震、火山爆发、海啸、台风、雷电等剧烈自然活动，会释放大量次声波；
人为活动：大型工程施工（如爆破）、高速列车行驶、火箭发射、重型机械运转等，也会产生次声波。
对人体的危害（按强度分类）：
轻度危害：短期接触低强度次声波，可能出现头晕、头痛、恶心、乏力、失眠等症状，离开次声波环境后可缓解；
重度危害：长期或高强度次声波会引发器官共振，导致内脏损伤（如心脏功能紊乱、肝脾破裂），甚至危及生命。
对环境与设备的影响：
次声波能干扰精密仪器的正常工作（如影响雷达、通信设备的信号）；
强次声波可能导致建筑物轻微振动，长期作用下影响结构稳定性。
（三）次声波的应用与防护
实际应用：
自然灾害监测：利用次声波传播远、衰减慢的特点，在全球范围内布设次声波监测站，接收地震、海啸产生的次声波，提前预警灾害（如监测到海底地震产生的次声波，可推测海啸可能到达的时间与强度）；
军事领域：次声波武器（非致命性）可发射强次声波，干扰敌方人员的正常活动，使其失去战斗力（不破坏装备与建筑）。
防护措施：
源头控制：在大型工程（如爆破、工厂）中，采用减震、隔音设备，减少次声波的产生与传播；
个人防护：长期处于次声波环境（如重型机械厂工人），佩戴专业的次声波防护耳罩，阻隔次声波进入人体；
环境监测：在地震、火山多发地区，定期监测次声波强度，及时发布预警信息，保障人员安全。
四、超声波与次声波对比：清晰区分
类别
频率范围
人耳感知
核心特点
主要应用
对人体影响
超声波
>20000Hz
听不见
频率高、穿透力强、方向性好、易反射
B 超、清洗、测距、倒车雷达、蝙蝠回声定位
安全（医疗、日常应用中无危害）
次声波
<20Hz
听不见（可通过身体感知）
频率低、波长很长、传播远、能量衰减慢
灾害监测、军事武器
低强度：头晕乏力；高强度：器官损伤、危及生命
易错提醒
超声波与次声波的本质都是 “声波”，都需要介质传播，真空环境中无法传播（与可听声一致）；
并非所有次声波都有危害，自然环境中存在低强度次声波（如风声），通常对人体无影响，只有 “高强度、长期接触” 的次声波才会造成危害。
五、课堂小结
超声波：频率 > 20000Hz，特点是穿透力强、方向性好、易反射，应用于医疗（B 超）、工业（清洗、检测）、日常（倒车雷达），对人体安全；
次声波：频率 < 20Hz，特点是传播远、能量衰减慢，应用于灾害监测、军事，高强度次声波对人体器官有危害，需做好防护；
两者均为人耳听不见的声波，传播需介质，本质与可听声一致，区别在于频率范围与应用场景。
六、课堂练习
（一）基础题
下列关于超声波的说法中，正确的是（ ）
A. 超声波频率低于 20Hz，人耳听不见
B. 超声波能在真空中传播
C. 超声波方向性好，可用于测距
D. 超声波对人体有强烈危害，不能用于医疗
（答案：C，解析：A 选项超声波频率 > 20000Hz；B 选项声波需介质，真空不能传声；D 选项超声波在医疗中广泛应用，如 B 超，安全无危害）
地震发生时会产生次声波，下列关于次声波的说法错误的是（ ）
A. 次声波频率低于 20Hz
B. 次声波传播距离远，可用于地震预警
C. 所有次声波都会对人体造成严重危害
D. 次声波能绕地球传播，不易被障碍物吸收
（答案：C，解析：低强度次声波（如自然环境中的微弱次声波）对人体无危害，只有高强度次声波才会造成危害）
（二）提升题
蝙蝠夜间飞行时，不会撞到障碍物，也能准确捕捉昆虫，这是利用了什么原理？请简要解释。
（答案：蝙蝠利用了超声波的回声定位原理。蝙蝠飞行时发出频率高于 20000Hz 的超声波，超声波遇到障碍物或昆虫后反射，蝙蝠的耳朵接收反射波，根据反射波的时间、强度等信息，判断目标的位置、距离与大小，从而避开障碍物、捕捉昆虫）
为什么 B 超检查能成为孕期常用的检查方式？请结合超声波的特点分析。
（答案：B 超检查利用了超声波的两大特点：①穿透力强，能穿透人体组织，到达胎儿所在位置；②易反射且对人体安全，超声波遇到胎儿与周围组织时反射程度不同，接收反射波后可转化为清晰的图像，帮助医生观察胎儿发育情况，且超声波无辐射，不会对孕妇与胎儿造成伤害，因此成为孕期常用检查方式）
七、课后作业
实践作业：
查阅资料：收集 1 个 “超声波在新科技领域的应用” 案例（如超声波焊接、超声波驱虫），或 1 个 “次声波在环境监测中的具体应用” 案例（如台风次声波监测），用 300 字左右的短文描述其原理与作用；
家庭观察：观察家中是否有利用超声波的设备（如加湿器、扫地机器人的避障功能），记录设备名称、工作时的现象，分析超声波在其中的作用。
书面作业：完成课本对应练习题，重点练习 “超声波与次声波的特点区分”“应用场景匹配”“危害与防护” 相关题目，巩固本节课知识点。
沪科版2024版物理八年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
2.3超声波与次声波
第二章 声音的世界
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
次声波对动物行为影响
B超
思考：超声波和次声波的特性和用途。
大象用次声波交流
超声波清洗机清洗眼镜
用手机生成次声波感受其振动
感受超、次声波
①通常情况下，人耳能听到声音的频率范围是多少？
20 Hz到20 000 Hz。
②什么是超声波，什么是次声波？
频率高于20 000 Hz的声波称为超声波；
频率低于20 Hz的声波称为次声波。
自主阅读
任务一：知道超声波与次声波的概念
蝴蝶翅膀的振动频率小于10 Hz，蜜蜂翅膀的振动频率为200～240 Hz，为什么我们能听到蜜蜂的嗡嗡声，却听不到蝴蝶的声音？
答案：蝴蝶翅膀的振动频率低于人耳听觉频率范围，所以我们无法听到蝴蝶的声音。蜜蜂翅膀的振动频率恰好在人耳听觉频率范围，所以我们能听到蜜蜂的嗡嗡声。
随讲随练
任务一：知道超声波与次声波的概念
蝙蝠利用发出的超声波导航
蝙蝠的视力很差，它是依靠什么确定目标的位置和距离的？
任务二：了解超声波的应用
①受蝙蝠利用超声波导航的启示，人们制成了什么？
有什么应用？
②超声波在生产、生活中还有哪些应用？
③超声波的这些应用说明声具有什么特点？
自主阅读
利用声可以传递信息和能量。
任务二：了解超声波的应用
①哪些物体或自然现象会产生次声？
②能量很高的次声会给人类产生哪些危害？
自主阅读1
次声波
哪些动物能听到次声波？哪些动物能听到超声波？
自主阅读2
“人与某些动物的发声及听觉频率范围”表格
人利用次声波的性质与特点，探索研制一种能导致人神经麻痹的“次声武器”。
拓展
任务三：了解次声波的危害
20
20 000
20 000
20
能量
自然界中有大量人感受不到的声波，人们对这些声波的利用很广泛。小点对此产生了兴趣，请你和小点一起进行有关学习。
任务一 认识自然界中的超声波和次声波
1.(跨学科·生物)蝙蝠在黑暗中能自由地飞翔，用蜡封住其耳朵，即使把它放在明亮的房间里，仍然像喝醉酒一样，一次一次地碰到障碍物。后来，物理学家证实了蝙蝠能发出________(填“超声”或“次声”)波，并靠这种波的回声来确定
目标和距离，如图所示。
超声
主题情境练
2．雪花落水也有声，雪花落水发出的声波频率在5×104 Hz到2×105 Hz之间，高于人们能听见的声波频率，但海里的海豚可以听到，并且这些声响令海豚异常烦躁。多数人能听到的声波频率的范围是________～20 000 Hz，雪花落水发出的声波属于__________(填“超声波”或“次声波”)。
20
超声波
3．童话《大象招聘》中有这样的描述，大象办的农场饱受老鼠的困扰，大象想招聘一些猫来灭鼠。如图所示为猫和大象的发声和听觉的频率范围(单位为Hz)。
(1)大象与猫之间________(填“能”或“不能”)完成招聘中语言沟通。大象发声的频率一部分在__________(填“超声波”或“次声波”)
所在的频率范围内。
不能
次声波
(2)地震时会产生次声波，如果有地震发生，________(填“大象”或“猫”)能感知到地震发出的声波。
大象
4．许多年前，“马可波罗”号帆船在“火地岛”失踪，经过多年的研究，船上人员都是死于亚声，这是一种人耳听不到的声音，而人的内脏的固有频率和亚声的频率极为相似，当二者相同时，可能会把人的内脏振坏而使人丧生。由此可知，亚声是指我们学过的__________(填“超声波”或“次声波”)，人体内脏的固有频率大致低于__________Hz。
次声波
20
5.(跨学科·生物)植物能发出声音吗？科学家做了一个相关的实验，实验中发现在切割番茄的植株时，人耳听不到声音，但在靠近切口处放置录音机录音，然后用超大音量、超低速度播放录制的声音，居然能清晰地听到番茄植株发出的声音。这个实验说明，植物能发出(　　)
A．响度很小的次声 B．响度很大的次声
C．响度很小的超声 D．响度很大的超声
C
任务二 了解人类对声波的利用
6．[2025·揭阳模拟]下列实例中，不是应用了超声波的是(　　)
A．利用声波清洗精细的零件
B．监测声波，预报海啸、台风
C．利用声波检测样品内部是否有缺陷
D．医生利用B超为病人检查身体
B
7．[2025年1月福州期末]有一种电动牙刷，如图所示，它能发出超声波，直达牙刷棕毛刷不到的地方，这样刷牙既干净又舒服。关于电动牙刷说法正确的是(　　)
A．刷牙时，人听不到超声波，是因为超声波不能在空气中传播
B．超声波的音调很低，所以人听不到
C．超声波不是由物体振动产生的
D．电动牙刷是利用超声波能传递能量
D
8．在亚丁湾海域，我国海军护航编队通常使用如图所示的“金嗓子”(又名“声波炮”)震慑海盗。它的声波定向发射器外观类似喇叭，能发出145 dB以上的高频声波，甚至比喷气式飞机引擎的噪声还要刺耳。“145 dB”是指声音的______(填“音调”“响度”或“音色”)，这种高频声波为__________(填“超声波”
“次声波”或“可听声”)。
响度
可听声
9．超声波在传播过程中，方向性好，穿透能力强，在测距、定位等方面具有高精度和可靠性。
(1)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，是利用仿生学原理制成的。声呐模仿的是下列哪种生物______。
A．蝙蝠 B．猫 C．狗 D．大象
A
(2)(新情境题)2024年3月28日，“奋斗者”号载人潜水器在完成深潜科考任务后返回三亚，这次任务带回了大量深海样本，并发现了多个深海新物种，如图所示为“奋斗者”号在海底探索时的情景。“奋斗者”号可使用超声波在海底定位，在一次任务中，“奋斗者”号向海底发射一束超声波，在经过6 s后收到反射回来的信号。声音在海水中的传播速度为1 500 m/s。求：奋斗者号到海底的距离。
解：超声波的传播距离为
s＝vt＝1 500 m/s×6 s＝9 000 m，
“奋斗者”号到海底的距离为
s′＝ s＝ ×9 000 m＝4 500 m。
(3)在月球表面不能用超声波来探测距离，原因是________________。
真空不能传声
(4)(新考法)屏下指纹的“全面屏”手机变得越来越普及，与传统指纹识别不同，该手机采用超声波指纹识别技术，通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射波分析得出指纹的信息，进行比对解锁。该系统向手指上若干个位置发射超声波，检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如图所示，
则这些位置指纹的大致形状，最符合的是(　　)
D
次声波
频率低于20 Hz的声音
超声波
频率高于20 000 Hz的声音
超声的应用
传递信息
传递能量
超声波与次声波
常见的次声波
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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