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沪科版八年级物理（2024） 第二章 声的世界
第三节 超声波与次声波 （教学设计）
【课题】第三节 超声波与次声波
【学习目标】
1.能通过实例认识超声波与次声波。
2.了解超声波在声呐、金属探伤、医学检查等方面的应用。
3.了解次声波在监测预警等方面的作用。
【学习重点】
1.能通过实例认识超声波与次声波。
2.了解超声波在声呐、金属探伤、医学检查等方面的应用。
【学习难点】
了解超声波和次声波的特点及应用。
【新课导入】
声学在生产生活及科技发展中有广泛应用。
建造能让听众享受美妙音乐的音乐厅、能有效隔音的录音室等，这些都是人能感受到的声波的应用。其实，还有大量人感受不到的声波的应用。
问题：人能听见蜜蜂飞行时翅膀振动发出的嗡嗡声，但为什么听不见蝴蝶飞行时翅膀振动所发出的声音
哪些是人感受不到的声波呢？它们有什么作用？
【板书课题】 第三节 超声波与次声波
一 超声波及其应用
1.人能够听到的声音频率范围
声波的频率范围很宽，人们听到的声音频率有一定的范围，多数人能够听到的声波频率范围约为 20 ～20000Hz.
2.超声波
人们把频率高于 20 000 Hz 的声波称为 超声波，简称超声。
自然界中许多动物不仅能发出超声波，还能感受到超声波。
举例：夜间活动的蝙蝠不会撞到障碍物，是因为它们可利用超声波进行导航。蝙蝠发出的超声波碰到墙壁等障碍物会返回，由此，它便能判断障碍物的位置并及时避开。
3.超声波的特点
超声波的频率高,具有①方向性好、②穿透能力强、③易于获得较集中的声能等特点，在生产、医疗和科学研究等方面得到了广泛的应用。
4.超声波的应用
（1）超声波在传递信息方面的应用
①人们利用超声波制成了声呐，用声呐可探测海底深度、海中暗礁，还可探测鱼群、潜艇的位置等。
超声波具有方向性好、易反射的特点，超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多，水声测位仪既能发出短促的超声波脉冲，又能接收被潜艇、鱼群或海底反射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确定潜艇、鱼群的位置或海水深度。
【播放视频】用声呐探测海水深度、海底地貌
②利用超声波制成汽车倒车雷达，用于测距和定位。
倒车雷达在倒车时，利用超声测距和定位原理，由装置在车尾保险杠上的探头发送超声波碰到障碍物后反射超声波，倒车雷达计算出车体与障碍物间的实际距离，然后语音和图像提示给司机，使停车或倒车更容易、更安全。
③利用超声波制成超声导盲仪，用于测距和定位。
超声导盲仪可以探测前进道路上的障碍物，以便帮助视障人员出行。
④医院利用超声波进行超声检查。让超声波进入人体，经体内不同组织的交界面反射形成“像”，医生看“像”便知道人体内脏情况、胎儿是否正常发育。
⑤工业上使用超声探伤仪，能探测金属内部存在的缺陷，排除隐患。还可以利用超声波探测陶瓷、混凝土制品甚至水库大坝,检查其内部是否有气泡、空洞和裂纹等。
（2）超声波在传递能量方面的应用
①利用超声波具有能量可以把人体内的结石击碎,对钢铁、宝石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。
②超声波能破坏细菌结构，利用超声波对医疗器械和食物等进行杀菌消毒。利用超声波除尘、清洗钟表等精密仪器及玻璃和陶瓷等易碎品.
③超声雾化：利用超声波将液态水打散而产生自然飘逸的水雾。加湿器、盆景造雾机、雾化治疗仪等都是超声波雾化的应用。另外，利用超声波可将一般情况下不能混合的液体混合在一起。
【课堂练习】
【例题1】(2025年湖北谷城期末考题）如图所示为一种我国自主研发的超声导盲手杖。它可以发射超声波探测周围5米内障碍物的情况，并处理成语音信号及时播放出来，达到“以听代视”的效果。下列说法正确的是【 】
A.手杖能够导航是利用声音可以传递信息这一特性
B.手杖能够导航是利用手杖敲击地砖发出的超声波
C.超声导盲手杖跟“声纹锁”的声学原理相同
D.超声波的振动频率在20～20000Hz之间，人耳听不到
【答案】A
【解析】A.声音可以传递信息和能量，手杖能够导航利用声音可传递信息原理制成，A说法正确;
B、C.手杖导航时，发出超声波碰到障碍物反射回来，然后手杖接收到超声波，从而判断障碍物的位置和距离。超声波是手杖发出的，与敲击地砖无关;“声纹锁”是利用不同发声体发出声音的音色不同来控制锁的状态，二者原理不同，B和C说法错误;
D.超声波是振动频率高于20000Hz的声波，人耳的听觉范围是20到20000Hz的声音，因此人耳听不到超声波，D说法错误。故选择A.
【例题2】(2025年四川宜宾中考题）声在生活中有着广泛的应用。下列主要利用声音传递能量的是【 】
A. 医院里的常见医疗设备“B超”
B. 探测鱼群所用的设备“声呐”
C. 中医诊病四个途径中的“闻”
D. 清洗眼镜的设备“超声波清洗机”
【答案】D
【解析】A．B超利用超声波反射成像，传递人体内部结构信息，属于利用声传递信息；
B．声呐通过接收反射声波探测鱼群位置，属于利用声传递信息；
C．中医“闻”是通过听声音获取病情信息，属于利用声传递信息；
D．超声波清洗机利用超声波振动能量去除污渍，属于利用声传递能量。故选择D.
二 次声波及其应用
1.次声波
频率低于 20 Hz 的声波称为次声波，简称次声。
2.次声波的特点
次声波来源广、传播远、能绕过障碍物。自然界中，火山爆发、地震、海啸、风暴等都能产生次声；核爆炸、导弹发射等也能产生次声。
3.次声波的应用
①利用次声波的特点，进行检测预警。
通过测定自然或人工产生的次声波在大气中的传播特性，探测出某些大规模气象的规律，以此进行气象预报。
②利用次声波的特点，进行预测自然灾害。
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来预测自然灾害。
③利用次声波的特点，制作次声波武器。
4.次声波的危害
①能量很大的次声波具有极强的破坏力，它能使机器设备破裂、飞机解体、建筑物垮塌等。
②在强次声环境中，人的平衡器官的功能将遭到破坏，人会产生恶心、眩晕等症状，甚至会造成人体内脏出血破裂，危及生命。
注意：①超声波、次声波具有声波的所有特征，由物体振动产生。②超声和次声,都在人的听觉频率范围之外,人是听不到的。③超声波和次声波都能传递能量和信息，次声波的危害就是能量传递的结果，预报台风实际上就是应用次声波传递信息。
介绍：人和一些动物的发声及听觉频率范围
分类 发声频率范围 听觉频率范围
人 85~1 100 Hz 20~20 000 Hz
蝙蝠 10 000~120 000 Hz 1 000~120 000 Hz
大象 8~35 Hz 1~20 000 Hz
狗 452~1 800 Hz 15~50 000 Hz
海豚 7 000~120 000 Hz 150~150 000 Hz
一些动物对高频声波反应灵敏。对人来说很安静的环境对它们来说可能并不安静，因为它们能听到我们听不到的超声波。动物和人类的听觉频率范围不同也是地质灾害前动物行为异常的原因。一些自然灾害发生前，一些动物有与平常不一样的表现，这是因为它们能提前感知不同频率的声波，力图逃离危险。
【课堂练习】
【例题3】(2026年福建中考题）蝴蝶飞行时，翅膀每秒振动3~5次，人耳听不到翅膀振动发出的声音，是由于声音的【 】
A. 响度大 B.频率低
C. 音色好 D.速度小
【答案】B
【解析】人耳可听到的声音频率范围为20Hz～20000Hz，蝴蝶翅飞行时翅膀每秒振动3～5次，振动频率仅为3～5Hz，低于人耳听觉的下限频率，发出的是次声波，因此人听不到蝴蝶翅膀振动的声音，原因是声音的频率低。故选择B.
【例题4】(2025年河南滑县中考一模题）生活中常说雪花落水静悄悄，毫无声响，但研究表明，雪花落水能发出频率在5×104～2×105Hz之间的声波，如图是一些动物的听觉频率范围(单位:Hz)，图中听不到雪花落水声音的动物是【 】
A.猫 B.蝙蝠 C.海豚 D.大象
【答案】D
【解析】因为雪花落水能发出频率在5×104～2×105Hz之间的声波，图中大象的听觉频率范围是1～20000Hz，大象听不到雪花落水的声音。故选择D.
【课后作业】作业： 1、2、3、4、5、6题

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