资源简介

3.4 声波的应用（学案）
一、学习目标
1. 了解超声波的特点及其在传递信息和传递能量两方面的应用，能举例说明声呐、B超、超声探伤、超声波碎石、超声波清洗和超声波加湿器的工作原理。
2. 了解次声波的特点、来源及其在灾害预警、气象监测和核试验监测中的应用，理解次声波传播特性与其应用领域之间的因果关系。
3. 了解语音识别技术的基本原理、特点和主要应用领域，知道声音可以用于身份识别并理解其优点。
二、课前回顾
（1）人耳的听觉频率范围大约是________Hz到________Hz。频率高于________的声波叫超声波，频率低于________的声波叫次声波。
（2）声音的传播需要________，________不能传声。声音在15 ℃空气中的传播速度约为________m/s。
（3）我生活中见过或使用过与声波应用有关的产品有：________________________________
三、知识预习
知识点一：超声波的应用
1. 超声波的特点：频率________（选填“高”或“低”），容易会聚成一束________发射，在________中能够传播得很远，遇到物体又会________回来。
2. 声呐：在船上向海中发射________，依靠________探测出海洋的深度以及鱼群、礁石和敌方潜艇的方位等信息。声呐利用的是声音的________（选填“反射”或“折射”）原理，属于超声波传递________的应用。
3. 倒车雷达和盲人手杖都应用了________的原理，属于超声波传递________的应用。
4. B超（B型超声诊断仪）：利用________诊断疾病。超声探伤仪：探查金属零件内部的________。二者都属于超声波传递________的应用。
5. 超声波测速：向移动物体发射超声波→反射回波________发生改变→根据________确定速度。属于超声波传递________的应用。
6. 超声波测流速：两岸斜向放置________→测逆流和顺流的________→计算流速。属于超声波传递________的应用。
7. 超声波碎石：利用________击碎患者体内的结石，属于超声波传递________的应用。
8. 超声波清洗：使________产生剧烈振荡来清洗眼镜片等物体，属于超声波传递________的应用。
9. 超声波加湿器：将超声波导入水中→水被“破碎”成________→风扇吹入室内→增加空气湿度。属于超声波传递________的应用。
知识点二：次声波的应用
10. 次声波的特点：频率________（选填“很高”或“很低”），在空气中传播的距离________，而且不容易被________。频率低于________Hz的次声波可以传到数千千米乃至上万千米远的地方。
11. 次声波的来源包括自然现象（________、________、________、________等）和人类活动（________、________等）。
12. 次声波灾害预警的原理：次声波传播速度________（选填“大于”或“小于”）风暴的移动速度→风暴产生次声波先于风暴到达→提前________。同样可以预报________、________等自然灾害。
13. 次声波气象监测的原理：测定________在大气中的传播特性→探测出大规模气象活动的性质和规律（如________、________和大气中电磁波的扰动等）。优点在于可以对________范围内大气进行________的探测和监视。
14. 核试验监测：________会产生极强的次声波→高灵敏度装置可以探知________的强度和位置→全球性核试验监测网已建成，可监测地球________角落的核试验。
知识点三：语音识别
15. 语音识别技术就是让________把________信号转变为相应的________或________的高技术。
16. 语音识别技术的特点：不会________或________、不需________、使用方便。
17. 语音识别技术的优点：(1)人的________是独有的，具有一一对应的样本空间——这是最________的身份识别方式；(2)不需记忆、使用方便——这是最________的交互方式。
18. 语音识别技术的应用：防盗（________身份识别）、________银行、电话炒股、电子购物等。
19. 语音信息识别过程：语音采集（声→________）→数字化处理→________提取→模式匹配→输出________或命令。
四、课堂探究
探究一：超声波应用归纳表（传递信息 vs 传递能量）
20. 完成以下表格，将下列超声波应用归类到正确的类别中（填序号）：
①声呐探测潜艇　②B超诊断疾病　③超声波碎石　④倒车雷达　⑤超声探伤　⑥超声波清洗　⑦超声波测速　⑧超声波加湿器　⑨超声波测流速　⑩盲人手杖
应用类别 具体应用（填序号） 核心原理（用一句话概括）
传递信息 ________________ 超声波发射→________________
传递能量 ________________ 超声波振动→________________
区分标准 声音“去而又回带回信息”→传递信息 声音“能量直接改变物质状态”→传递能量
探究二：次声波特点、来源与应用归纳表
21. 完成以下表格：
项目 内容
特点 频率________（<________Hz）；传播距离________（数千至数万千米）；不容易被________；________能力强，可绕过障碍物
自然来源 ________、________、________、________
人为来源 ________、________
灾害预警 原理：次声波传播速度________于风暴移动速度→________到达→提前________
气象监测 原理：测定次声波在大气中的________特性→探测________、________等活动
核试验监测 原理：________产生极强次声波→探测________和________→全球________已建成
探究三：语音识别技术框架表
22. 完成以下表格：
项目 内容
定义 让________把________信号转变为相应的________或命令的高技术
特点 不会________或忘记、不需________、使用________
优点一 声音是________的，具有一一对应的样本空间——最________的身份识别方式
优点二 不需记忆、使用方便——最________的交互方式
应用 ________（声纹锁）、电话________、电话炒股、电子购物等
识别过程 语音采集（声→________）→数字化处理→________提取→模式匹配→输出
探究四：超声波与次声波对比表
23. 完成以下对比表格：
对比项目 超声波 次声波
频率范围 ________（>________Hz） ________（<________Hz）
传播特点 方向性________、容易________发射；在水中传播________；传播距离较________ 传播距离________（数千至数万千米）；不容易被________；________能力强，可绕过障碍物
主要应用 传递信息：声呐、________、B超、________、测速、测流速
传递能量：碎石、________、加湿器 ________预警（风暴、火山、雷暴）；________监测（沙尘暴、龙卷风）；________监测（全球监测网）
共同点 都是人耳________的声波；传播都需要________；在真空中________传播；在相同介质中传播速度________ ________________
五、课堂练习
练习1
1. 关于声波的应用，下列说法不正确的是（ ）
A. 声音不仅能够传递信息，还能传递能量
B. 声呐主要利用了回声
C. "“声纹门锁”"是依据声音的音色来识别的
D. 利用超声波可以测量地球到月球之间的距离
你的答案：________ 判断依据：________________________________
练习2
2. 下列关于超声波的说法中正确的是（ ）
A. 人耳听不到的声波都是超声波
B. 超声波可以探测海洋深度
C. 超声波是传播速度超过声音传播速度的声波
D. 超声波定向传播能力差
你的答案：________ 判断依据：________________________________
练习3
3. 声能够传递"信息"和"能量"。下面事例中，主要利用声传递"能量"的是（ ）
A. 利用超声波给金属工件探伤
B. 医生通过听诊器给病人诊病
C. 利用超声波排除人体内的结石
D. 通过接收到的次声波判断地震的方位和强度
你的答案：________ 判断依据：________________________________
练习4
4. 有一种电动牙刷能发出超声波，直达牙刷刷不到的地方，可以把牙齿刷得更干净，它是利用了超声波__________（选填“传递信息”或“具有能量”）的特点。超声波测距仪__________（选填“能”或“不能”）在太空中使用。
你的答案：(1)________________ (2)________________
理由：________________________________________________
六、解题脚手架——区分"传递信息"与"传递能量"三步法
第一步：看声音是否“去而又回”——如果声波发射出去，遇到物体后反射回来，通过分析回波获取了目标的信息（位置、形状、速度等），属于传递信息。
第二步：看声音是否直接改变了物质状态——如果声波的能量直接作用于物体，使其发生破碎、振动、剥离、形态变化等，属于传递能量。
第三步：交叉检查——如果既获取了信息又改变了物质，看主要目的。医学B超是获取内部图像→传递信息；超声波碎石是击碎结石→传递能量。
口诀记忆：“信使跑去又跑回，力士出手就改变。”
七、课堂小结与自我评价
本节课我学会了：________________________________________________
我还不太理解的地方：________________________________________________
我觉得这节课最有意思的是：________________________________________________
自我评价（在对应星级上打√）：
超声波的特点及其传递信息方面的应用：☆☆☆☆☆
超声波的特点及其传递能量方面的应用：☆☆☆☆☆
次声波的特点、来源与应用：☆☆☆☆☆
语音识别技术的原理与应用：☆☆☆☆☆
能区分声波传递信息与传递能量：☆☆☆☆☆
参考答案
二、课前回顾
（1）20、20000、20000 Hz、20 Hz
（2）介质、真空、340
（3）倒车雷达、超声波牙刷、B超检查、语音助手等（合理即可）
三、知识预习
1. 高、定向、水、反射
2. 超声波、回波（回声）、反射、信息
3. 声呐（超声波回声定位）、信息
4. 超声波、裂纹等缺陷、信息
5. 频率、频率的变化量（频移）、信息
6. 超声换能器、时间差、信息
7. 超声波、能量
8. 清洗液、能量
9. 小雾滴、能量
10. 很低、很远、吸收、1
11. 地震、台风、火山爆发、龙卷风、核试验、导弹发射
12. 大于、发出警报、火山爆发、雷暴
13. 次声波、沙尘暴、龙卷风、大、连续不断
14. 核爆炸、核爆炸、任何一个
15. 机器、语言、文本、命令
16. 遗失、忘记、记忆
17. 声音、自然、经济
18. 声纹、电话
19. 电、特征、文本
四、课堂探究
20. 传递信息：①②④⑤⑦⑨⑩　核心原理：超声波发射→遇到物体反射→分析回波获取目标信息
　　传递能量：③⑥⑧　核心原理：超声波振动→将能量传递给目标物质→使其发生破碎、振动或形态变化
21. 特点：很低、20、很远、吸收、衍射
　　自然来源：地震、台风、火山爆发、龙卷风
　　人为来源：核试验（核爆炸）、导弹发射
　　灾害预警：大、提前、发出警报
　　气象监测：传播、沙尘暴、龙卷风
　　核试验监测：核爆炸、强度、位置、监测网
22. 定义：机器、语言、文本
　　特点：遗失、记忆、方便
　　优点一：独有、自然
　　优点二：经济
　　应用：防盗、银行
　　识别过程：电、特征
23. 频率范围：高于20000 Hz、20000；低于20 Hz、20
　　传播特点：好、定向会聚、远、短；很远、吸收、衍射
　　主要应用：倒车雷达、超声探伤、清洗；灾害、气象、核试验
　　共同点：听不到、介质、不能、相同
五、课堂练习
练习1：D
解析：A正确——声音既能传递信息（如声呐）又能传递能量（如超声波碎石）；B正确——声呐向水中发射超声波，依靠回波（回声）探测目标；C正确——声纹门锁利用的是音色，每个人的声音的音色是独一无二的；D不正确——月球和地球之间是真空，声音不能在真空中传播，超声波无法到达月球，无法测量地月距离。
练习2：B
解析：A错误——人耳听不到的声波除了超声波（>20000 Hz）还有次声波（<20 Hz）；B正确——声呐利用超声波探测海洋深度；C错误——超声波在相同介质中的传播速度与可听声波相同，并非更快；D错误——超声波波长短、方向性好，容易会聚成一束定向发射，定向传播能力强。
练习3：C
解析：A——金属工件探伤是超声波被缺陷反射回来获取内部信息，属于传递信息；B——听诊器听取身体内部声音获取病情信息，属于传递信息；C——超声波碎石利用超声波能量击碎结石，属于传递能量；D——通过次声波判断地震方位和强度是获取地震信息，属于传递信息。
练习4：(1)具有能量　(2)不能
解析：超声波电动牙刷利用超声波的高频振动产生能量将牙菌斑剥离，属于传递能量（同超声波清洗原理）。超声波测距仪不能在太空中使用，因为太空中是真空，没有介质，声波（包括超声波）无法传播。
六、解题脚手架
（学生自主练习使用三步分析法，答案略）

展开更多......

收起↑