资源简介

1.7 超声波及其应用
知识梳理
一、超声波
1、超声波是频率高于20000Hz的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
2、 超声波的特点
超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效。
3、超声波的主要参数
频率：F≥20kHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F≥15kHZ的声波也称为超声波）。
功率密度：p=发射功率（W）/发射面积（cm2）；通常p≥0.3W/cm2。
4、超声波的空化现象
超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35W/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35W/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
5、超声波发展史——国际&国内
自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。
1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。
1939年，发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。
1949年，召开的第一次国际医学超声波学术会议上，超声治疗方面的论文。
二、超声波的应用
1.利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎.
2.清理金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净.
3.用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹
4.人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变.
基础训练
一、单选题
1．地震是一种常见的自然灾害。发生地震时，被困人员可以敲击周围坚硬物体求救。下列说法错误的是（　　）
A．地震时会产生超声波 B．声音可以传递信息
C．声音在固体中传播更快 D．声音的传播需要介质
2．如图（a）所示，停在路旁的巡逻车利用超声波可以监测车速：巡逻车上测速仪发出并接收超声波信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，就能测出车速。图（b）中，P1、P2是测速仪先后发出的超声波信号，n1、n2分别是测速仪检测到的P1、P2经反射后的信号。P1与P2之间的时间间隔为2.7秒，超声波在空气中传播的速度为340m/s，若汽车是沿直线匀速行驶，则下列说法正确的是（　　）
A．第一次发出信号到该信号被测速仪接收到间隔时间为0.45s
B．第二次发出信号到该信号被测速仪接收到的时间内汽车行驶了18m
C．汽车第一次按收到信号和第二次接收到信号之间行驶了102m
D．该汽车的速度是17m/s
3．下列关于声音的说法正确的是（　　）
A．音调的高低与声振动的频率有关
B．优美的小提琴声一定是乐音
C．声音的传播速度与介质无关
D．医院对人体的B超检查是利用了次声波
4．图中有关声的应用，分析正确的是（ ）
A．甲是摩托车的消音器，其作用是在接收处减弱噪声
B．乙是噪声监测仪，0dB是指没有声音
C．丙是手按在小提琴上一根弦的不同位置，其目的是改变音色
D．丁是倒车雷达，其原理与蝙蝠在夜间正常飞行的原理相同
5．下列关于声现象的说法正确的是（　　）
A．只要物体振动，人们就能听到声音
B．开会时将手机设置为静音，这是在声处减弱噪声
C．通常情况下声音在空气中传播最快
D．“教学楼内请轻声慢步”，其中“轻声”是指声音的音调低
6．关于声现象的描述，下列说法正确的是（　　）
A．敲鼓时，鼓声是由鼓面振动产生的 B．声音在空气中传播速度是3×108 m/s
C．道路旁植树是在声处减弱噪声 D．倒车雷达是利用次声波传递能量
7．2021年12月16日，青竹湖湘一外国语学校合唱团举行《再唱校歌》快闪活动，为同学和老师们奉献了一场精彩的表演。下列关于快闪活动说法正确的是（　　）
A．合唱队小号的声音明朗响亮，是指小号发出的声音响度大
B．鼓手击打鼓面后突然用手按住鼓面是为了改变鼓声的音调
C．合唱团优美的歌声在校园中的传播速度为3×108m/s
D．表演结束，大家为合唱团精彩的表演鼓掌和欢呼，主要是利用声音传递能量
8．下列四幅图中，关于声现象的描述正确的是（　　）
A．乒乓球被发声的音叉弹开表明音叉在振动
B．敲击大小不同的编钟发出声音的音调相同
C．倒车雷达利用电磁波进行回声定位
D．
防噪声耳罩通过防止噪声产生的方式控制噪声
9．下列关于声现象的说法，正确的（　　）
A．在公路两旁安装隔音屏：是在声处减弱噪声
B．分贝仪：反映接收到的声音的音调不同
C．蓝牙骨传导耳机：将耳机贴在颞骨两侧听音乐，主要是利用固体传声
D．倒车雷达：利用的超声波可以传递能量
10．随着科学技术和社会的发展，超声波已广泛应用于各个领域。下列事例中利用超声波传递信息的是（　　）
A．用超声波电动牙刷刷牙 B．用超声波给金属工件探伤
C．用超声波清洗眼镜片 D．用超声波除去人体内的结石
二、填空题
11．如图是人和一些动物发声和听觉的频率范围。他们所发出的声音都是由于发声部位________而产生的。地震前通常有次声波产生，人、海豚和大象能感觉到次声波的是________。“掩耳盗铃”是大家熟悉的成语故事，从物理学角度分析，盗贼所犯的错误是：既没有阻止声音的________，又没有阻止声音的传播。
12．如图是超声波加湿器，它是利用超声波能够传递______，将水滴击打成非常小的雾滴喷洒到空气中增加“湿度”，超声波______（填“能”或“不能”）在真空中传播，声音在水中的传播速度大于在空气中的传播速度。
13．古诗《小儿垂钓》中有“路人借问遥招手，怕得鱼惊不应人”。这个钓鱼的小儿面对路人的询问，只是招招手却默不作声。这是因为他知道声音不仅能在空气中传播，还能在______中传播。鱼儿听不见小儿招手的声音，其原因是招手时发出的是______（选填“超声波”或“次声波”）在鱼的听觉范围以外。
14．如图所示为倒车雷达，倒车雷达是利用 ___________（选填“超声波”或“次声波”）来工作的；如果倒车雷达发出信号后，0.01s接收到回声，已知声波在空气中的传播速度为340m/s，则障碍物距汽车为 ___________m；司机听到急促的报警声，知道距离障碍物太近，说明声音能传递 ___________。
15．某种昆虫靠翅膀振动发声，如果这种昆虫的翅膀在60s内振动了480次，你不能听到这种声，是因为它振动的频率是_______Hz，属于_______（选填“超声波”或“次声波”）。
三、计算题
16．如图所示，声音在海水中传播的平均速度为1500m/s。为了开辟新航道，探测船的船底装有回声探测仪器，探测水下有无暗礁，如图所示。探测船发出的声音信号经2s被探测仪接收到，求障碍物与探测船间的距离。1.7 超声波及其应用
知识梳理
一、超声波
1、超声波是频率高于20000Hz的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
2、 超声波的特点
超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效。
3、超声波的主要参数
频率：F≥20kHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F≥15kHZ的声波也称为超声波）。
功率密度：p=发射功率（W）/发射面积（cm2）；通常p≥0.3W/cm2。
4、超声波的空化现象
超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35W/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35W/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。
5、超声波发展史——国际&国内
自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。
1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。
1939年，发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。
1949年，召开的第一次国际医学超声波学术会议上，超声治疗方面的论文。
二、超声波的应用
1.利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎.
2.清理金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净.
3.用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹
4.人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变.
基础训练
一、单选题
1．地震是一种常见的自然灾害。发生地震时，被困人员可以敲击周围坚硬物体求救。下列说法错误的是（　　）
A．地震时会产生超声波 B．声音可以传递信息
C．声音在固体中传播更快 D．声音的传播需要介质
【答案】A
【详解】A．地震时会伴随有低频的振动，产生次声波，故A错误，符合题意；
B．被困人员通过敲击方式求救主要是利用声音可以传递信息，故B正确，不符合题意；
CD．被困人员通过敲击方式求救，由于声音的传播需要介质、声音在固体中传播更快，故CD正确，不符合题意。
故选A。
2．如图（a）所示，停在路旁的巡逻车利用超声波可以监测车速：巡逻车上测速仪发出并接收超声波信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，就能测出车速。图（b）中，P1、P2是测速仪先后发出的超声波信号，n1、n2分别是测速仪检测到的P1、P2经反射后的信号。P1与P2之间的时间间隔为2.7秒，超声波在空气中传播的速度为340m/s，若汽车是沿直线匀速行驶，则下列说法正确的是（　　）
A．第一次发出信号到该信号被测速仪接收到间隔时间为0.45s
B．第二次发出信号到该信号被测速仪接收到的时间内汽车行驶了18m
C．汽车第一次按收到信号和第二次接收到信号之间行驶了102m
D．该汽车的速度是17m/s
【答案】A
【详解】A．由题意可知，P1与P2之间的时间间隔为2.7s，根据图b找到P1、P2的间隔格数为9格，则每小格表示的时间为
由图b可知，测速仪第一次发出的信号到被测汽车所用的时间为
t1=0.5×（0.3s×3）＝0.45s
故A正确；
CD．由速度公式可得，测速仪第一次发出的信号到被测车收到时，汽车距离测速仪的距离为
s1＝vt1＝340m/s×0.45s＝153m
由图b可知，测速仪第二次发出的信号到被测汽车所用的时间
t2=0.5×（0.3s×2）＝0.3s
由速度公式可得，测速仪第二次发出的信号到被测车收到时，汽车距离测速仪的距离为
s2＝vt2＝340m/s×0.3s＝102m
汽车在两次与信号相遇的过程中，行驶的距离为
s＝s1﹣s2＝153m﹣102m＝51m
故C错误；
这段距离用时为
汽车的速度
故D错误；
B．第二次发出信号到该信号被测速仪接收到的时间为
第二次发出信号到该信号被测速仪接收到的时间内汽车行驶了
故B错误。
故选A。
3．下列关于声音的说法正确的是（　　）
A．音调的高低与声振动的频率有关
B．优美的小提琴声一定是乐音
C．声音的传播速度与介质无关
D．医院对人体的B超检查是利用了次声波
【答案】A
【详解】A．音调的高低与声振动的频率有关，频率越高则音调越高，故A正确；
B．优美的小提琴声如果影响了人们的正常学习、工作或生活，就是噪声，故B错误；
C．声音的传播速度与介质有关，通常情况下，声音在固体中的传播速度最快，其次为液体，在气体中最慢，故C错误；
D．医院对人体的B超检查是利用了超声波，故D错误。
故选A。
4．图中有关声的应用，分析正确的是（ ）
A．甲是摩托车的消音器，其作用是在接收处减弱噪声
B．乙是噪声监测仪，0dB是指没有声音
C．丙是手按在小提琴上一根弦的不同位置，其目的是改变音色
D．丁是倒车雷达，其原理与蝙蝠在夜间正常飞行的原理相同
【答案】D
【详解】A．甲是摩托车的消音器，与发动机相连，其作用是在声处减弱噪声，故A错误；
B．乙是噪声监测仪，0dB是指刚刚引起听觉的声音，不是没有声音，故B错误；
C．丙是手按在小提琴上一根弦的不同位置，改变了振动体的长度，振动的频率也发生了变化，其目的是改变音调，故C错误；
D．丁是倒车雷达，是利用超声波的反射来测量与障碍物的距离，蝙蝠在夜间正常飞行是利用回声定位，两者的原理相同，故D正确。
故选D。
5．下列关于声现象的说法正确的是（　　）
A．只要物体振动，人们就能听到声音
B．开会时将手机设置为静音，这是在声处减弱噪声
C．通常情况下声音在空气中传播最快
D．“教学楼内请轻声慢步”，其中“轻声”是指声音的音调低
【答案】B
【详解】A．因为人耳听觉有一定的范围，即频率在20～20000Hz之间，且有传声介质和一定的响度，因此并非只要物体振动人们就能听到声音，故A错误；
B．声音是由物体的振动产生的，开会时将手机设置为静音，手机停止振动，就不会产生声音，所以是在声处减弱噪声，故B正确；
C．声音在不同介质中的传播速度不同，通常情况下，声音在空气中传播最慢，在固体中传播最快，故C错误；
D．“教学楼内请轻声慢步”，其中“轻声”是指响度小，不是音调低，故D错误。
故选B。
6．关于声现象的描述，下列说法正确的是（　　）
A．敲鼓时，鼓声是由鼓面振动产生的 B．声音在空气中传播速度是3×108 m/s
C．道路旁植树是在声处减弱噪声 D．倒车雷达是利用次声波传递能量
【答案】A
【详解】A．一切声音都是由于物体振动产生的，敲鼓时，鼓发声，鼓面一定在振动，鼓声是由鼓面振动产生的，故A正确；
B．声音在15℃的空气中的传播速度是340m/s，故B错误；
C．道路旁植树是在传播过程中减弱噪声，故C错误；
D．倒车雷达是利用超声波传递信息的，故D错误。
故选A。
7．2021年12月16日，青竹湖湘一外国语学校合唱团举行《再唱校歌》快闪活动，为同学和老师们奉献了一场精彩的表演。下列关于快闪活动说法正确的是（　　）
A．合唱队小号的声音明朗响亮，是指小号发出的声音响度大
B．鼓手击打鼓面后突然用手按住鼓面是为了改变鼓声的音调
C．合唱团优美的歌声在校园中的传播速度为3×108m/s
D．表演结束，大家为合唱团精彩的表演鼓掌和欢呼，主要是利用声音传递能量
【答案】A
【详解】A．响度指声音的强弱。合唱队小号的声音明朗响亮，是指小号发出的声音响度大，故A正确；
B．声音是由振动产生的，击鼓后马上用手按住鼓面，振动停止，阻止其继续发声，是为了使鼓声短促，故B错误；
C．声音的空气中的传播速度约为340m/s，故C错误；
D．声音可传递信，也能传递能量。表演结束，大家为合唱团精彩的表演鼓掌和欢呼，主要是利用声音传递信息，故D错误。
故选A。
8．下列四幅图中，关于声现象的描述正确的是（　　）
A．乒乓球被发声的音叉弹开表明音叉在振动
B．敲击大小不同的编钟发出声音的音调相同
C．倒车雷达利用电磁波进行回声定位
D．
防噪声耳罩通过防止噪声产生的方式控制噪声
【答案】A
【详解】A．振动的音叉带动乒乓球振动，故可以根据乒乓球被弹开，说明音叉在振动，故A正确；
B．敲击大小不同的编钟，振动的频率不同，发出声音的音调不同，故B错误；
C．倒车雷达利用超声波进行回声定位，故C错误；
D．防噪声耳罩在人耳处控制噪声，故D错误。
故选A。
9．下列关于声现象的说法，正确的（　　）
A．在公路两旁安装隔音屏：是在声处减弱噪声
B．分贝仪：反映接收到的声音的音调不同
C．蓝牙骨传导耳机：将耳机贴在颞骨两侧听音乐，主要是利用固体传声
D．倒车雷达：利用的超声波可以传递能量
【答案】C
【详解】A．为了减弱公路上汽车产生的噪声（例如汽车的喇叭声）对附近居民的影响，
可以在公路两旁设置隔音板，这是从传播途中减弱噪声，故A错误；
B．分贝仪反映的是该处声音的大小或者强弱，不能反映声音的音调，故B错误；
C．骨传导是将声音通过人的颅骨、骨迷路、内耳淋巴液、螺旋器、听觉中枢来传递声波，能在嘈杂的环境中实现清晰的声音还原，主要利用固体传声，声波也不会因为在空气中扩散而影响到他人，故C正确；
D．倒车雷达利用了超声波方向性好的特点，通过反射回来的声波确定物体到车尾的距离信息，说明声音能够传递信息，故D错误。
故选C。
10．随着科学技术和社会的发展，超声波已广泛应用于各个领域。下列事例中利用超声波传递信息的是（　　）
A．用超声波电动牙刷刷牙 B．用超声波给金属工件探伤
C．用超声波清洗眼镜片 D．用超声波除去人体内的结石
【答案】B
【详解】A．用超声波电动牙刷刷牙，这是利用超声波传递能量的，故A不符合题意；
B．用超声波给金属工件探伤，这是利用超声波传递信息的，故B符合题意；
C．用超声波清洗眼镜片，这是利用超声波传递能量的，故C不符合题意；
D．用超声波除去人体内的结石， 这是利用超声波传递能量的，故D不符合题意。
故选B。
二、填空题
11．如图是人和一些动物发声和听觉的频率范围。他们所发出的声音都是由于发声部位________而产生的。地震前通常有次声波产生，人、海豚和大象能感觉到次声波的是________。“掩耳盗铃”是大家熟悉的成语故事，从物理学角度分析，盗贼所犯的错误是：既没有阻止声音的________，又没有阻止声音的传播。
【答案】 振动 大象 产生
【详解】[1]声音是物体振动产生的，他们所发出的声音都是由于发声部位振动产生的。
[2]因为地震产生的次声波频率低于20Hz，而图中的大象听觉频率在1Hz～20000Hz，次声波的频率在大象听觉频率的范围内，所以大象会有较为明显的反应，次声波的频率没有在海豚和人的听觉频率范围内，所以海豚和人不能听到次声波。
[3]“掩耳盗铃”从物理学角度分析，既没有阻止声音的产生，又没有阻止声音的传播，只是阻止了声音的接收。
12．如图是超声波加湿器，它是利用超声波能够传递______，将水滴击打成非常小的雾滴喷洒到空气中增加“湿度”，超声波______（填“能”或“不能”）在真空中传播，声音在水中的传播速度大于在空气中的传播速度。
【答案】 能量 不能
【详解】[1]声音可以传递信息和能量，超声波将水滴击打成非常小的雾滴喷洒到空气中增加“湿度”，是超声波能够传递能量的体现。
[2]超声波是声音的一种，声音不能在真空中传播。
13．古诗《小儿垂钓》中有“路人借问遥招手，怕得鱼惊不应人”。这个钓鱼的小儿面对路人的询问，只是招招手却默不作声。这是因为他知道声音不仅能在空气中传播，还能在______中传播。鱼儿听不见小儿招手的声音，其原因是招手时发出的是______（选填“超声波”或“次声波”）在鱼的听觉范围以外。
【答案】 液体 次声波
【详解】[1]因为人的声音先经空气传播到水中，然后再经水传播而被鱼听到，所以气体和液体都可以传声。
[2]招手会产生次声波，但由于频率很低，不在鱼的听觉范围内，所以鱼不会被吓跑。
14．如图所示为倒车雷达，倒车雷达是利用 ___________（选填“超声波”或“次声波”）
来工作的；如果倒车雷达发出信号后，0.01s接收到回声，已知声波在空气中的传播速度为340m/s，则障碍物距汽车为 ___________m；司机听到急促的报警声，知道距离障碍物太近，说明声音能传递 ___________。
【答案】 超声波 1.7 信息
【详解】[1]倒车雷达是利用超声波传递信息来工作的。
[2]由题可知，超声波到达障碍物所用的时间
又知声波在空气中的传播速度为340m/s，所以障碍物距汽车的距
s＝vt＝340m/s×0.005s＝1.7m
[3]司机听到倒车雷达报警声及时停车，说明声音可以传递信息。
15．某种昆虫靠翅膀振动发声，如果这种昆虫的翅膀在60s内振动了480次，你不能听到这种声，是因为它振动的频率是_______Hz，属于_______（选填“超声波”或“次声波”）。
【答案】 8 次声波
【详解】[1][2]人类可以听到的频率范围是20～20000Hz，低于20Hz的声音是次声波，高于20000Hz的声音是超声波。已知昆虫的翅膀在60s内振动了480次，则每秒钟振动8次，则它振动的频率是8Hz，低于20Hz，故属于次声波。
三、计算题
16．如图所示，声音在海水中传播的平均速度为1500m/s。为了开辟新航道，探测船的船底装有回声探测仪器，探测水下有无暗礁，如图所示。探测船发出的声音信号经2s被探测仪接收到，求障碍物与探测船间的距离。
【答案】1500m
【详解】解：障碍物与探测船间的距离
答：障碍物与探测船间的距离为1500m。

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