初中物理第3节 声的利用学案

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第3节 声的利用 （导学案）

1. 了解声的有关知识和应用，知道声可以传递信息，传递能量。
2. 通过学习声在现代技术中的应用，体会科学、技术与社会的联系。
【学习重点】
了解声的有关知识和应用，知道声可以传递信息，传递能量。
【学习难点】
声传递信息与声传递能量的区别。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1. 声波可以传递信息。发生地震、火山爆发、台风、海啸等自然灾害时，都伴有 波产生。大象之间的交流靠 波，蝙蝠通过回声定位的方法可以确定目标的位置和距离，是因为蝙蝠在飞行时会发出 声波。
2. 倒车雷达、超声导盲仪、声呐、B超、超声测速仪等都是利用了超声波能够传递 。
3. 声波不但能够传递信息，而且还可以传递 。例如外科医生可以利用 波的振动除去人体内的结石。
【合作探究】
探究一、声与信息
1. 声音是人们获取信息的重要渠道。
【想一想】思考下面几个问题，归纳看看能够得出什么结论。
①现在，同学们正在探究“声与信息”，靠什么进行交流？②听到雷声就知道马上要下雨。③铁路工人只要敲击铁轨就可知道是否有松动的螺栓。
【归纳】以上事例表明：人们都是利用了声音可以传递 。
【想一想】以上是可听声传递的信息，那么超声、次声能否传递信息？
2. 次声波传递信息
（1）次声波传递信息的现象
【阅读】回忆次声波的概念，阅读教材P38有关内容，完成下列填空。
①次声波指振动频率低于 的声波。大自然的许多活动，如地震、火山爆发、台风、海啸等，都伴随有次声波的产生。次声波传播的距离很远，即使在几千千米以外，使用灵敏的声学仪器也能接收到它们产生的次声波。
②次声波的特点：破坏力强、能量大、传播距离 。
（2）次声波传递信息的利用
①利用所接收到的次声波，可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如，通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波，处理这些信息，可以确定这些活动发生的 和强度。
②预测自然灾害性事件。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现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。
自然界中的声现象很多。除了人类，动物中也有不少是利用声的高手。你能举出一些例子吗？
③大象的活动是在无声无息中进行的，大象主要靠笨重的身体和缓慢的踏步给同伴传递信息，所以大象的交流靠 ，这些“悄悄话”蕴藏多种信息。
【总结】次声波来源、特点及危害：
次声波来源
地震、火山爆发、台风、海啸等
次声波特点
传播距离远
次声波危害
破坏力强
3．超声波传递信息
【想想议议】蝙蝠在夜间是怎样发现前面的障碍物或猎物的呢？
（1）超声波传递信息的事例
蝙蝠靠超声波发现昆虫 超声导盲仪

【小结】
①回声定位：蝙蝠飞行时发出 波，这些 波碰到墙壁或昆虫时会 回来 ，根据回声到来的方位和 ，蝙蝠可以确定目标的位置和距离，这种方法叫做 。
受蝙蝠的启发，现在，科学家们发明了超声导盲仪、声呐和倒车雷达等。
（2）超声波传递信息的应用
①声呐：根据回声定位原理，超声波遇到障碍物又会反射回来，于是，人们根据这一原理制造出水下探测和通讯仪器—— 。利用声呐系统，人们可以探测海洋的深度，绘出水下数千米的海底地形图；渔民利用声呐获得鱼群信息。
海底深度的表达式：s= （v是声波在海水中的传播速度，t是超声波从发射到接收所用时间）。
倒车雷达
探测海底深度

②倒车雷达：小轿车上的倒车雷达就是根据 的原理制成的。由装置在车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后反射此声波，计算出车体与障碍物间的实际距离，然后提示给司机，使停车或倒车更容易、更安全。
③B超：B型超声波诊断仪在医疗领域中的应用非常广泛，其工作原理与声呐相似，医生用B型超声波诊断仪向病人体内发射 波，然后接收体内脏器的 波，反射波携带的信息经过处理后显示在屏幕上，可以准确地获得人体内部疾病的信息。
超声波探伤仪 超声测速仪
B超

④超声波探伤仪： 超声探测仪探测金属内部有无缺陷等。
在工业生产中常常运用超声透射法对产品进行无损探测。超声波发生器发射出的超声波能够透过被检测的样品，被对面的接收器所接收。如果样品内部有缺陷，超声波就会在缺陷处发生反射，这时，对面的接收器便收不到或者不能全部收到发生器发射出的超声波信号。这样，就可以在不损伤被检测样品的情况下，检测出样品内部有无缺陷。
另外，还有超声波测速仪、超声波测厚仪等应用。
【例题1】如图，当轿车倒车时，尾部的非安全距离内遇到人或障碍物，倒车雷达就会发出警报，方便司机判断车尾与后部障碍物间的距离。在倒车雷达工作的过程中，会应用到下列物理知识中的（C）

①声的反射； ②超声波；③声音可以传递信息；④次声波
A. ①② B. ③④ C. ①②③ D. ①②③④
探究二、声与能量
1. 声具有能量
【想想议议】平静的水面上有几片静止的树叶，现在把一块石头扔进去，会看到什么现象？
看到的现象是：把一块石头扔进水里，可以看到一圈一圈的波纹向四周散去，水面上的树叶也随之起伏，扔石头的能量通过水波传给了树叶。说明水波能传递 。
水波 发声扬声器旁的烛焰

【想一想】声波也是一种波动，那么，声波能传递能量吗？
【实验】将扬声器对准烛焰，播放音乐，你看到了什么现象？这说明了什么问题？
现象：火焰 会（填“会”或“不会”）摇动，这说明声波可以传递 。
【总结】声波具有能量，能通过介质传递能量。
一般来说，超声波产生的振动比可闻声更加强烈，所以应用更加广泛。
2. 声传递能量的应用
（1）超声波清洗机
把需要清洗的物体放在清洗液中，超声波穿过液体并引起激烈的振动，振动把物体上的污垢敲击下来而不会损坏被洗的物体。
超声波清洗机 超声波碎石机


②利用超声波粉碎结石
外科医生常利用超声波振动除去人体内的结石。向人体内结石发射 波，结石会被击成细小的微粒或粉末，再通过服用辅助排泄的药物，结石就可以顺畅地被排出体外。
（3）超声波加湿器：把超声波通入水罐中，采用超声波高频振荡原理将水雾化为1～5微米的超微粒子，再用小风扇把雾滴吹入室内，从而达到均匀加湿空气的目的，就可以增加室内空气的湿度。这就是超声波加湿器的原理。
3. 区分声音传递的是能量还是信息
（1）若声音能改变什么或引起物体变化，这说明声音传递的是能量。例如“超声碎石”。
（2）若声音能告诉我们什么，物体本身又没发生变化，说明声音传递的是信息。如利用“B超检查身体”。关键是弄清楚声在此过程中所起的作用。对于传递信息，声对物体不起物理作用；对于声传递能量，声对物体产生了物理作用，例如，物体发生了诸如形状、状态、位置等物理变化。
【试一试】下列是一些声的利用实例，请按照“声传递信息”和“声传递能量”进行分类。
①海豚交流；②蝙蝠定位；③超声波洁牙；④超声波加湿器；⑤声呐；⑥B超；⑦超声波击碎结石；⑧超声波探伤仪；⑨倒车雷达；⑩超声波导盲仪；⑪超声波清洗钟表等精密仪器。
声传递信息
声传递能量




【例题2】下列现象说明声音能够传递能量的是（　B　）
A．120救护车发出急促刺耳的声音 B．高强度爆炸声震碎了居民楼的所有窗玻璃
C．老师讲课的声音 D．声呐探测海底鱼群
【例题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（ B ）
A．利用超声波给金属工件探伤 B．利用超声波排除人体内的结石
C．医生通过听诊器给病人诊病 D．利用次声预报仪判断地震的方位和强度
探究三、建筑声学的杰作——圜丘
阅读P40《科学世界》，了解天坛“圜丘”奇妙的声学现象。并讨论交流下列问题。





①为什么人站在天坛的圜丘中央台上说话，会感到声音特别洪亮？
②为什么在音乐厅里听音乐与在旷野里听到的不一样？
【总结】①当人在台中心喊叫一声，传向四处的声音有一部分被四周的石栏杆反射，射到稍有倾斜的台面后又反射到台中心。因为圜丘第三层半径仅11.5m，从发声到回声返回中心约需0.07s，所以回声跟原来的声音混在一起，分辨不开，只觉得声音格外响亮，还使人觉得似乎有声音从地下传来。
②圜丘等反映出我国古代高水平的建筑声学成就。现在建筑如礼堂、音乐厅等，也有着很高的声学要求。设计师通过选择吸声材料和特别的声学设计，使听到的声音更加饱满悦耳。
【例题4】下列建筑不属于声音的利用的是（ B ）
A．北京天坛的回音壁 B．录音棚墙壁做成凸凹不平状
C．北京天坛的三音石 D．北京天坛的圜丘
【精讲点拨】
1. 对声传递信息与传递能量之间的区别，有些同学觉得不易分清，可根据两种情况下对物体作用的情况区分。一般情况下，声传递信息时，能量比较小，对物体不会有伤害作用；传递能量时，能量大，对物体有“破坏”作用，例如，使物体的形状、状态、位置等发生物理变化。
2. 对于声波的应用，知道有哪些应用即可，不必过分理解其工作过程。
【归纳整理】
传递
信息
次声波
超声波
应用

自然灾害（地震、海啸、火山爆发等）会产生次声波.
声学仪器接收到信息可以确定方位和强度.
①回声定位：超声波碰到障碍物会被反射回来，
根据回声到来的方位和时间，可以确定目标位置.
②生活中：倒车雷达、声呐、超声导盲仪；
③医学上：B超、超声波诊断仪；
④生产中：超声探测仪、超声测速仪；
传递
能量
①声波具有能量，也可以传递能量。
②应用：超声波清洗机、超声波碎石机等。

声的利用

【课堂练习】
1．如图所示是超声波在生产生活中的应用实例。其中主要利用声能传递信息的是______图，主要利用声传递能量的是______图。(均选填“甲”或“乙”)
甲 超声波测速
乙 超声波清洗眼镜


2. 如图，蝙蝠飞行时能发出超声波，这些声波碰到墙壁或昆虫时会反射回来，根据回声到来的方向和时间，蝙蝠可以确定目标的位置。下列发明与此原理相同的是（ ）
A．手电筒 B．超声导盲仪 C．超声波碎石 D．中医针炙

3. 如图所示，天坛公园内的回音壁是我国建筑史上的一大奇迹，回音壁应用的声学原理是（ ）
A. 声音的反射使原声增强 B. 声音在不同介质中的传播速度不同
C. 声音的音调不同 D. 发声的物体在振动
4. 关于声音的应用，下列说法中错误的是（ ）
A．中医诊病通过“望、闻、问、切”四个途径，其中“闻”是利用声音来获得身体各方面的信息的
B．超声波能够传递能量，因此利用超声波可以清洗精密机械
C．教师在教室里讲课，回声起到了增强原声的作用
D．声在工农业生产、医疗、军事等方面有很重要的应用，没有危害
5. 现在大多数汽车都有倒车雷达，如图所示，打开倒车雷达，在显示器上就能显示出障碍物与汽车之间的距离，避免倒车时与障碍物相撞，关于倒车雷达，下列说法不正确的是（　　）

A．倒车雷达利用了回声定位原理 B．倒车雷达利用声传递能量
C．倒车雷达利用声传递信息 D．倒车雷达发出的声波我们听不到
6. 某昆虫的翅膀在2s内振动了600次，人类_______（选填“能”或“不能”）听到该频率的声音。眼镜店清洗眼镜的设备是利用_____（选填“超”或“次”）声波使清洗液发生剧烈振动达到去污作用，这是利用声波传递______；另一方面，科学研究发现，7Hz的声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土给人伤害，用这种_____（选填“超”或“次”）声波制成的武器威力巨大，可以传得很远，如果要减少伤害，可以制造_____隔离罩，从而有效的阻止声波的传播。
7．阅读材料，回答问题：
功勋卓著的声呐
1912年，英国商船“泰坦尼克号”在自己的第一次航行中，发生了与冰山相撞沉没的悲剧，这次海难事件引起了全世界的关注。为了寻找沉船，美国科学家设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪，于1914年成功地发现了3 km以外的冰山。
第一次世界大战时，德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、船只，几乎中断了横跨大西洋的海上运输线。当时潜水艇潜在水下，看不见、摸不着，横行无敌。法国著名物理学家朗之万等人研究并制造了第一部主动式声呐，使得德军潜水艇无处藏身。
①利用声呐测量海底深度，必须知道的一个物理量是_____，必须测量的一个物理量是______，海底深度的表达式h＝_____（以上各空物理量均用字母表示）。
②如图是一艘静止在水面上的测量船利用声呐测量海底深度的显示装置，图中两个波形是发出和接收到的信号。已知发射信号持续时间为0.2 s，声波在海水中的传播速度为1500 m/s，则该处海水深度为____m。

8．超声波测距
在日常生活、生产中，我们通常用刻度尺、卷尺等工具来测量物体的长度。在工业生产和科学研究中，还会用到其它一些技术来测量距离，如超声波测距等。超声波在空气中的传播速度约为340m/s，超声波的指向性强，在空气中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。超声波测距原理如图所示，发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时。超声波传播时碰到障碍物时会被反射，接收器收到反射波就停止计时。根据计时器记录的时间t，仪器自动计算出发射点与障碍物之间的距离。如果障碍物是运动的物体，超声波测量仪还可以测出物体移动的速度。

请根据上述材料，回答下列问题：
（1）由于超声波具有___________的特点，使其在空气中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量、汽车倒车防撞，智能机器人等领域；
（2）上述材料主要阐述了___________；
A．超声波的产生 B．超声波具有能量 C．超声波能传递信息
（3）若计时器记录的时间t为0.4s，则发射点与障碍物之间的距离约为 ____m；
（4）超声波被广泛应用在实际生活中，除文中提到的实例外，请你再列举一个具体实例。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？