资源简介

2.3声的利用教学设计
一、核心素养目标
1物理观念：明确声既能传递信息，也能传递能量，建立声的利用的直观物理观念，能区分生活中声传递信息与能量的实例。
2科学思维：通过实验探究和实例分析，归纳声传递信息和能量的具体应用，能运用声的利用知识解释生活中的相关现象，提升分析归纳和逻辑推理能力。
3科学探究：经历声传递能量的实验探究过程，掌握转换法在实验中的应用，提升实验操作、现象观察和数据分析能力。
4科学态度与责任：认识声的利用在生活、科技、医疗等领域的广泛价值，体会物理与社会发展的密切联系，培养运用物理知识解决实际问题的意识和热爱科学的态度。
二、教学重难点
（一）重点
1理解声能传递信息和能量的两大核心应用方向。
2掌握声传递信息和能量的典型实例，能准确区分两者。
3完成声传递能量的实验探究，理解转换法的应用。
4了解超声波、次声波在实际中的利用价值。
（二）难点
1准确区分声传递信息与能量的实例，理解两者的本质差异。
2设计并完成声传递能量的实验探究，能通过实验现象推理得出结论。
3运用声的利用知识解释科技领域中复杂的应用原理，如声呐、超声波诊断等。
三、教学过程
（一）议题导入：情景激趣，引发探究
1生活情景呈现：展示一组生活素材：医生用听诊器给病人诊断、蝙蝠在黑暗中飞行捕食、倒车雷达提示障碍物、超声波清洗眼镜、工厂用超声波检测金属内部缺陷、地震前动物出现异常反应。
2物理情景补充：展示声呐工作原理动画、超声波清洗机工作视频，搭配文字描述：生活和科技中，声的应用无处不在。医生通过听诊器能了解病人内脏情况，超声波能清洗精密仪器，这些现象说明声具有什么作用？声是如何被利用来为人类服务的？今天我们就一起探究声的利用的奥秘。
3核心议题提出：声能为人类做哪些事情？声的利用主要分为哪几个方向？声传递信息和传递能量有什么区别？超声波和次声波在实际应用中有哪些优势？如何设计实验证明声能传递能量？
4师生互动：组织学生分组讨论结合生活经验，说说生活中还有哪些利用声的实例？猜想这些实例中声可能起到了什么作用？引导学生提出猜想，如声可能能告诉我们一些信息，声可能具有能量；教师梳理学生猜想，明确探究方向，为后续学习做好铺垫。
（二）探究新知：分层突破，深化认知
1声传递信息
（1）提出问题：生活中哪些实例能说明声可以传递信息？这些信息对我们有什么作用？
（2）实例分析：
①生活中的信息传递：教师引导学生分析常见实例：人与人之间的语言交流，通过声音传递思想和情感；听广播、看电视，通过声音获取新闻、娱乐等信息；听到铃声知道上课、下课；听到汽车喇叭声知道有车辆靠近，及时避让。这些实例中，声都是作为信息的载体，帮助我们获取或传递有用的内容。
②自然界中的信息传递：动物的叫声能传递信息，如鸟鸣告知同伴食物位置，狗吠警示危险；地震、海啸、火山爆发前，会产生次声波，一些动物能感知到次声波，出现异常反应，这是动物通过次声波获取自然灾害的预警信息。
③科技与医疗中的信息传递：医生用听诊器诊断病情，听诊器能放大病人内脏的声音，医生通过声音的音调、响度、音色变化，判断心脏、肺部等器官的健康状况；用B超检查身体，B超是利用超声波传递人体内部器官的图像信息，帮助医生观察胎儿发育、检测肿瘤等；工业上用超声波检测金属内部的裂纹、气泡等缺陷，通过超声波反射回来的信息，判断金属内部的结构是否完整；航海、航空中使用的声呐，通过发射和接收超声波，获取水下或空中目标的位置、距离等信息，实现导航和探测。
（3）归纳总结：教师讲解：声可以传递信息，声传递的信息可以是生活中的简单信号，也可以是自然界的预警信息，还可以是科技领域中物体内部的结构信息。我们可以通过接收和分析这些声音信息，来认识世界、解决问题。
（4）师生互动：组织学生分组讨论为什么B超要用超声波而不用次声波？声呐在水中的应用效果比在空气中好，为什么？；让学生列举生活中声传递信息的其他实例，说明所传递的信息是什么，教师总结强调声传递信息的广泛应用。
2实验探究：声传递能量
（1）提出问题：声除了能传递信息，还能传递能量吗？
（2）猜想与假设：基于生活实例如超声波清洗眼镜，学生猜想声能传递能量。
（3）设计实验：
①实验器材：音叉、小锤、乒乓球、细线、蜡烛、扬声器、塑料泡沫小球。
②实验方案：方案一：将悬挂的乒乓球靠近正在发声的音叉，观察乒乓球的运动情况；方案二：点燃蜡烛，将扬声器对准烛焰，播放音量较大的音乐，观察烛焰的变化；方案三：在扬声器前撒少量塑料泡沫小球，播放音乐，观察塑料泡沫小球的运动。
（4）进行实验：学生分组进行实验，教师巡视指导，强调实验注意事项：敲击音叉时力度要适中，保证音叉持续发声；扬声器对准烛焰时距离要适当，避免距离过远或过近；播放音乐时音量要足够大，便于观察现象。
（5）实验现象：方案一：正在发声的音叉靠近乒乓球时，乒乓球被弹起；方案二：扬声器播放音乐时，烛焰会晃动，甚至熄灭；方案三：塑料泡沫小球会随着音乐的节奏跳动。
（6）分析论证：学生分组分析实验现象，得出结论：正在发声的物体能推动乒乓球、烛焰、塑料泡沫小球运动，说明声能传递能量。
（7）科学方法：教师强调：实验中通过乒乓球的弹起、烛焰的晃动、塑料泡沫小球的跳动等明显现象，间接证明声能传递能量，这种研究方法叫做转换法。转换法能将不易直接观察的能量传递现象，转化为易观察的物体运动现象。
（8）实例拓展：教师讲解声传递能量的实际应用：超声波清洗机利用超声波传递的能量，清洗眼镜、钟表等精密仪器，超声波的振动能使仪器表面的污垢脱落；超声波碎石机利用超声波传递的能量，击碎人体内的结石，避免手术创伤；工业上用超声波焊接塑料，利用超声波的能量使塑料接触面熔化，从而焊接在一起。
（9）师生互动：开展拓展探究活动，让学生分组讨论为什么超声波能用于清洗和碎石？声传递的能量大小与什么因素有关？如何设计实验验证？；让学生列举生活中声传递能量的其他实例，教师总结强调声传递能量的实际价值。
3超声波与次声波的利用对比
（1）教师引导学生从应用领域、优势、特点等方面，对超声波和次声波的利用进行对比梳理：
①超声波：频率高于20000Hz，方向性好、穿透能力强、能量集中。应用于B超诊断、超声波清洗、超声波碎石、声呐探测、工业检测等。
②次声波：频率低于20Hz，传播距离远、能绕过障碍物。应用于自然灾害预警如地震、海啸预警，监测核爆炸、火箭发射等。但次声波对人体有一定危害，强次声波可能会损伤内脏器官。
（2）师生互动：组织学生分组讨论超声波和次声波的应用差异，主要是由它们的什么特性决定的？生活中为什么很少直接利用次声波为人类服务？，让学生结合特性分析应用差异，教师总结强调不同频率的声，因特性不同，应用场景也不同。
4声的利用的区分与总结
（1）区分方法：教师讲解：判断声的利用是传递信息还是传递能量，关键看声的作用效果。如果声是让我们获取了某种内容、知道了某种情况，就是传递信息；如果声是使物体发生了形变、运动或状态改变，就是传递能量。
（2）举例辨析：教师给出实例，如听天气预报、用声呐探测鱼群、超声波诊断病情，引导学生判断为声传递信息；超声波清洗眼镜、超声波碎石、扬声器震碎玻璃，引导学生判断为声传递能量。
（3）师生互动：开展辨析巩固活动，教师提出问题，如医生用听诊器诊断病情，是声传递信息还是能量？用声音震落玻璃上的灰尘，是声传递信息还是能量？，让学生分组讨论并回答，教师总结强调区分的核心要点。
（三）知识归纳：梳理脉络，强化体系
1核心内容总结：声的利用分为传递信息和传递能量两大方向；声传递信息的实例广泛存在于生活、自然、科技医疗领域，如语言交流、B超、声呐、工业检测等；声传递能量可通过实验验证，实际应用有超声波清洗、碎石等；超声波和次声波因频率特性不同，应用场景各有侧重，超声波方向性好、能量集中，次声波传播距离远。
2逻辑主线梳理：生活科技中的声应用实例提出问题→分类分析声传递信息的实例与价值→实验探究声传递能量的现象与原理→对比超声波与次声波的利用特性→总结声利用的区分方法与核心价值，贯穿从现象到分析、从探究到应用的逻辑链条。
3核心观念强化：声不仅是传递信息的载体，还具有能量传递的功能；不同频率的声具有不同特性，决定了其不同的应用场景；转换法是探究不易观察物理现象的重要科学方法；声的利用推动了科技进步和社会发展，体现了物理知识的实用价值。
4师生互动：让学生自主绘制本节课知识框架图，用自己的逻辑梳理核心知识点，同桌之间相互检查补充，教师选取典型框架图进行展示点评，帮助学生构建完整的知识体系。
（四）练习巩固：分层训练，深化应用
1基础练习：侧重声传递信息和能量的基本概念、典型实例，超声波和次声波的特性与应用，实验探究的方法等基础知识点的记忆和理解，如判断声的利用类型，填写超声波、次声波的应用实例，匹配实验现象与实验结论等。
2提升练习：侧重声的利用知识的深度理解，准确区分传递信息与能量的实例，运用知识解释复杂应用原理，实验探究的设计与改进等，如分析声呐、B超的工作原理，设计验证声传递能量的实验方案，解释超声波清洗的原理等。
3师生互动：学生独立完成练习后，小组内相互批改，教师针对共性错误如混淆声传递信息与能量的实例、误解超声波与次声波的特性及应用、实验探究中转换法的应用不当、对声的利用原理理解不清等进行集中讲解，对个性问题进行个别辅导。
（五）课堂小结：回顾反思，拓展延伸
1学生回顾：自主总结本节课学习的核心知识点，分享实验探究的收获和体会，提出学习过程中存在的困惑。
2教师总结：强调声传递信息和能量的核心应用，梳理实验探究的完整流程和转换法的应用要点，明确超声波和次声波的利用价值，引导学生学会运用所学知识分析和解决生活中声的利用相关问题，培养科学探究精神和应用意识。
3拓展延伸：布置课后任务查阅资料，了解声的利用在新能源开发、航空航天等领域的最新进展；或在家中设计一个简单的实验，验证声能传递能量如用扬声器播放音乐，观察旁边蜡烛火焰的变化，记录实验过程和结果，撰写一篇简短的实验报告，提升科学探究能力。
四、重点知识归纳概括
1声传递信息：声作为信息载体，帮助获取或传递内容。实例：语言交流、听诊器诊断、B超检查、声呐探测、工业检测、动物叫声预警、次声波自然灾害预警。
2声传递能量：声能使物体发生形变或运动。实验通过转换法验证，如音叉弹起乒乓球、扬声器晃动烛焰。应用：超声波清洗、碎石、焊接，声震落灰尘。
3超声波：频率>20000Hz，方向性好、穿透强、能量集中。应用于B超、声呐、超声波清洗、工业检测等。
4次声波：频率<20Hz，传播远、能绕障碍物。应用于自然灾害预警、监测核爆炸等，强次声波对人体有害。
5区分方法：获取内容、知晓情况为传递信息；物体形变、运动、状态改变为传递能量。
6科学方法：探究声传递能量时运用转换法，将不易观察的能量传递转化为易观察的物体运动。
五、练习及答案解析
情景材料：某科技小组对声的利用进行了一系列探究和观察，记录如下：探究一：将扬声器对准点燃的蜡烛，播放音量较大的音乐，发现烛焰明显晃动，甚至熄灭；将塑料泡沫小球放在扬声器前，播放音乐，小球随节奏跳动。探究二：用B超设备对模拟人体组织的模型进行检测，屏幕上出现了清晰的模型内部结构图像；用声呐探测仪在水中探测，能接收到水下物体反射的信号，从而确定物体的位置。观察到的生活现象：医生用听诊器给病人听诊；超声波清洗店用超声波清洗眼镜；地震来临前，鸡飞狗跳、老鼠出洞等动物异常反应；人们通过打电话进行语言交流；工厂用超声波检测金属焊缝的缺陷。
1探究一中，烛焰晃动、小球跳动的现象，说明声具有什么作用
A传递信息B传递能量
C能产生振动D能传播声音
2探究二中，B超和声呐的应用，体现了声的什么作用
A传递信息B传递能量
C能穿透物体D能反射声音
3医生用听诊器给病人听诊，利用了声的什么作用
A传递信息B传递能量
C放大声音的音调D改变声音的音色
4超声波清洗眼镜，利用了声的什么作用
A传递信息B传递能量
C超声波的方向性好D超声波的穿透能力强
5关于超声波和次声波，下列说法正确的是
A超声波频率低于20HzB次声波能被人耳听到
C超声波能用于清洗和碎石D次声波传播距离近
6地震来临前动物出现异常反应，是因为动物能感知到什么
A超声波B次声波
C地震产生的光D地震产生的气味
7下列实例中，与打电话传递信息原理相同的是
A超声波清洗机B超声波碎石机
C声呐探测鱼群D扬声器播放音乐
8某同学设计实验验证声传递能量，将音叉敲响后靠近水面，观察到水面溅起水花。下列说法正确的是
A该实验利用了转换法B水花溅起是因为音叉振动直接撞击水面
C该实验不能证明声传递能量D若音叉不发声，靠近水面也会溅起水花
9阅读情景材料，回答问题
（1）结合探究一，说明实验中使用了什么科学方法？并解释为什么烛焰会晃动甚至熄灭。
（2）探究二中，B超和声呐都是利用超声波工作的，为什么超声波适合用于这些场景？
（3）请从情景材料的生活现象中，选取一个声传递信息和一个声传递能量的实例，并分别说明判断依据。
10阅读下列文字，回答问题
声的利用在现代科技领域不断拓展，为人类社会发展带来了诸多便利。在医学领域，除了常见的B超诊断和超声波碎石，超声波还被用于超声波理疗，通过超声波传递的能量刺激人体组织，促进血液循环，缓解疼痛；在农业领域，利用超声波处理种子，能打破种子的休眠状态，提高发芽率和产量，这是利用超声波传递的能量改变种子的生理状态。在环保领域，超声波能用于污水处理，利用超声波的振动使污水中的杂质凝聚沉淀，从而净化水质。在军事领域，声呐技术被广泛应用于潜艇探测和导航，潜艇发出的超声波在水中传播，遇到目标后反射回来，通过分析反射信号的时间和强度，就能确定目标的位置和距离。此外，次声波监测技术在军事上也有应用，可用于监测敌方核试验和火箭发射情况。需要注意的是，声的利用也存在一定的局限性，如超声波在空气中传播时能量损耗快，因此声呐在空气中的应用效果较差；强次声波会对人体造成伤害，需要采取防护措施。
（1）超声波理疗和超声波处理种子，共同利用了声的什么作用？原理是什么？
（2）结合材料，说明声呐技术在军事上的应用原理。
（3）材料中提到超声波在空气中传播时能量损耗快，这一特性对其应用有什么影响？请举例说明。
答案解析
1答案：B解析：烛焰晃动、小球跳动，说明声能推动物体运动，体现了声传递能量的作用。A选项传递信息是获取内容，C选项产生振动是发声体的特性，D选项传播声音是声的传播特点，均与实验现象无关，B选项正确。
2答案：A解析：B超获取人体内部结构信息，声呐获取水下物体位置信息，都是通过声获取有用内容，体现了声传递信息的作用。B选项传递能量是使物体运动或形变，C、D选项是超声波的特性，不是声的作用，A选项正确。
3答案：A解析：医生通过听诊器听到的声音，判断病人内脏的健康状况，是获取病情信息，利用了声传递信息的作用。听诊器放大的是响度，不改变音调、音色，B、C、D选项错误，A选项正确。
4答案：B解析：超声波清洗眼镜是利用超声波传递的能量，使眼镜表面的污垢振动脱落，体现了声传递能量的作用。C、D选项是超声波的特性，不是作用，A选项传递信息不符合题意，B选项正确。
5答案：C解析：超声波频率高于20000Hz，A错误；次声波频率低于20Hz，人耳不能听到，B错误；超声波能传递能量，可用于清洗和碎石，C正确；次声波传播距离远，D错误，C选项正确。
6答案：B解析：地震会产生次声波，次声波频率低于20Hz，人耳不能听到，但一些动物能感知到，从而出现异常反应。A、C、D选项均不是主要原因，B选项正确。
7答案：C解析：打电话是声传递信息。A、B选项是声传递能量，D选项是声的传播与产生，C选项声呐探测鱼群是声传递信息，与打电话原理相同，C选项正确。
8答案：A解析：该实验通过水面溅起水花这一易观察现象，间接证明声传递能量，利用了转换法，A正确；水花溅起是因为声传递的能量使水面振动，不是音叉直接撞击，B错误；该实验能证明声传递能量，C错误；音叉不发声时，没有能量传递，靠近水面不会溅起水花，D错误，A选项正确。
9答案：（1）使用了转换法。扬声器播放音乐时，声传递能量，能量作用于烛焰，使烛焰晃动；当传递的能量足够大时，能克服烛焰的燃烧条件，导致烛焰熄灭。（2）超声波适合用于B超和声呐，是因为超声波具有方向性好、穿透能力强、能量集中的特性。B超利用超声波穿透人体组织，获取内部结构信息；声呐利用超声波方向性好的特点，在水中传播时能准确指向目标，通过反射信号确定目标位置。（3）声传递信息实例：医生用听诊器给病人听诊。判断依据：医生通过声音获取病人内脏的健康信息。声传递能量实例：超声波清洗眼镜。判断依据：超声波传递的能量使眼镜表面的污垢振动脱落，物体发生了状态改变。
解析：（1）结合实验现象明确转换法的应用，从能量传递的角度解释烛焰变化的原因；（2）结合超声波的特性，分析其在B超和声呐中的适配性；（3）根据声传递信息和能量的区分标准，从材料中选取实例并说明判断依据。
10答案：（1）共同利用了声传递能量的作用。原理：超声波传递的能量能改变物体的状态，超声波理疗通过能量刺激人体组织，促进血液循环；超声波处理种子通过能量打破种子休眠，改变种子生理状态。（2）声呐技术在军事上的应用原理：潜艇发出超声波，超声波在水中传播，遇到敌方潜艇等目标后发生反射，形成回声；接收回声后，根据超声波的传播速度和传播时间，计算出目标的位置和距离，从而实现探测和导航。（3）影响：限制了超声波在空气中的应用范围，使其更适合在液体或固体中应用。举例：声呐在空气中应用效果差，因此主要用于水中探测；超声波清洗机通常在液体中工作，若在空气中使用，能量损耗快，清洗效果差。
解析：（1）从材料中提取两个应用的共性，明确声传递能量的作用及原理；（2）梳理声呐发射、反射、接收信号及计算的完整流程，说明应用原理；（3）分析超声波能量损耗快的特性对应用场景的限制，结合材料或生活实例说明。

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