2.3 次声与超声知识清单 2024-2025学年鲁科版（五四学制）八年级上册物理

《第三节 次声与超声》知识清单 一、与声音相关的基本概念回顾 1. 声音是什么 - 声音是由物体振动产生的声波，并通过空气、固体或液体等介质传播到人耳，使我们能听到各种各样的声音。比如说，当我们敲响鼓的时候，鼓面的振动就产生了声音，我们能听到咚咚的鼓声就是这么来的。 - 声音有三个特性：音调、响度和音色。音调是指声音的高低，就像唱歌时高音和低音的区别；响度是声音的强弱，比如大声说话和小声说话；音色则可以让我们区分不同的发声体，就像能听出是爸爸的声音还是妈妈的声音一样。 二、次声 1. 次声的定义 - 次声是频率低于20Hz的声音。这是一种我们人耳听不到的声音，但是它在自然界和人类活动中是存在的。比如说，地震来临之前，会产生次声波。我有个朋友住在山区，有一次他跟我说，他家的狗突然变得很焦躁，不停地叫，周围的一些小动物也表现得很不安。后来才知道，原来是附近发生了一次小地震。其实在地震发生前，就有次声波产生了，虽然人类听不到，但是狗和一些小动物能感知到次声波，所以才会有异常的表现。 2. 次声的来源 - 自然源： - 除了地震，还有火山爆发、风暴、海浪冲击等都会产生次声波。比如海上的风暴，那巨大的能量在海面上翻滚，就会发出次声波。这些次声波可以传播得很远很远，就像一个无声的信号，在海洋里传播。 - 大型的流星撞击地球表面的时候也会产生次声波。想象一下，一个巨大的流星从外太空呼啸而来，撞击到地球上，那一瞬间产生的能量波动，其中就包含次声波。不过这种情况比较罕见啦。 - 人工源： - 一些大型的机械设备在工作的时候会产生次声波。比如说，大型的发电机在运转的时候，由于机械的振动，就可能产生次声波。还有一些工业爆破作业，炸药爆炸时产生的能量波动中也有次声波的成分。 3. 次声的特点 - 次声的频率很低，它的能量衰减小，可以传播得很远很远。这就好比一个很有耐力的长跑运动员，虽然跑得不是很快（频率低），但是能坚持跑很长的距离（传播远）。 - 次声还具有很强的穿透能力。它可以轻松穿透厚厚的墙壁、山脉等障碍物。就像一个无形的小超人，不管有多少阻挡，都能勇往直前。 4. 次声的危害与应用 - 危害： - 次声对人体是有危害的。当人体暴露在强度较大的次声环境中时，会引起身体的不适。比如说，可能会使人头晕、恶心、耳鸣等。这是因为人体内部器官有自己的固有频率，当外界的次声频率与人体器官的固有频率接近的时候，就会引起器官的共振。就像军队过桥的时候不能齐步走一样，因为齐步走产生的振动频率可能会与桥的固有频率相同，引起共振，导致桥垮塌。如果人体器官发生共振，就会对器官造成损害。 - 应用： - 次声在监测自然灾害方面有很大的作用。因为很多自然灾害来临之前都会产生次声波，我们可以通过检测次声波来提前预警。比如说在地震多发地区，可以安装次声波监测仪。当监测仪检测到次声波异常时，就可以给人们发出警报，让人们提前做好应对地震的准备，像躲到安全的地方或者采取一些紧急的防护措施。 - 次声还可以用于军事侦察。一些军事设备可以探测敌方军事行动产生的次声波，从而了解敌方的军事动态。比如说监测敌方大型军事装备的移动或者军事爆破作业等。 三、超声 1. 超声的定义 - 超声是频率高于20000Hz的声音，同样是人耳听不到的声音。超声在我们的生活中也有很多神奇的应用。我有一次去医院体检，看到医生用一个仪器在孕妇的肚子上滑动，屏幕上就能显示出宝宝的样子。这个仪器就是利用超声来工作的。 2. 超声的来源 - 超声一般是通过特殊的超声发生器产生的。这些发生器可以把电能转化为超声能。在工业上，有专门的超声发生器设备，它们通过特定的电路和晶体结构，将输入的电能转化为高频的超声振动。 3. 超声的特点 - 超声的频率高，所以它的方向性好。这就像一束聚光灯，光线很集中一样，超声的能量可以朝着一个方向传播得很远。比如说在水下探测中，超声可以在水中直线传播很长的距离，用来探测水下的物体。 - 超声的能量比较集中。由于它的频率高，能量可以聚集在一个较小的区域内。这就像用放大镜把太阳光聚焦在一个点上一样，超声的能量在聚焦点上可以产生很大的作用。 - 超声还具有很强的穿透能力，不过和次声不同的是，它在穿透一些物质的时候，会在物质内部产生反射、折射等现象。这就为超声在医学成像等方面的应用提供了基础。 4. 超声的危害与应用 - 危害： - 如果超声的强度过大，长时间暴露在超声环境下也会对人体造成一定的伤害。比如可能会对人体的细胞组织产生热效应，导致细胞损伤。不过在正常的超声应用中，一般都会控制超声的强度和暴露时间，以避免对人体造成伤害。 - 应用： - 医学上的应用： - 超声成像：就像我前面提到的孕妇检查，超声可以清晰地显示出人体内部器官的结构和胎儿的发育情况。这是因为超声在人体内部传播时，遇到不同组织的界面会发生反射，反射回来的超声信号被仪器接收后，经过处理就可以形成图像。 - 超声碎石：如果人体内有结石，比如肾结石或者胆结石，医生可以利用超声的能量把结石击碎。超声发生器产生的高强度超声聚焦在结石上，结石在超声的能量作用下，会逐渐被击碎成小块，然后这些小块就可以通过人体的排泄系统排出体外。 - 工业上的应用： - 超声清洗：在工厂里，有很多精密的零件需要清洗。超声清洗就是把要清洗的零件放在装有清洗液的容器里，然后开启超声发生器。超声在清洗液中产生高频振动，这些振动会使清洗液产生微小的气泡，这些气泡在破裂的时候会产生强大的冲击力，可以把零件表面的污垢、油脂等杂质清洗掉。这就好比一群小小的清洁精灵，在零件表面跳来跳去，把脏东西都带走了。 - 超声探伤：对于一些大型的金属结构，比如桥梁、轮船的船体等，要检测它们内部是否有缺陷，就可以利用超声探伤技术。超声在金属内部传播时，如果遇到内部的裂纹、气孔等缺陷，超声信号会发生变化。通过检测这些变化，就可以知道金属结构内部的缺陷情况。 四、次声与超声的对比 1. 频率方面 - 次声的频率低于20Hz，超声的频率高于20000Hz，这是它们最明显的区别。就像一个在低音区，一个在高音区，相差非常大。 2. 传播特性 - 次声能量衰减小、传播远、穿透能力强，超声方向性好、能量集中、穿透能力也强。虽然都有穿透能力强的特点，但是它们在其他传播特性上还是有很大的差异的。 3. 危害与应用的差异 - 在危害方面，次声主要是通过与人体器官共振造成危害，超声主要是强度过大时的热效应等危害。在应用方面，次声主要用于自然灾害监测和军事侦察等，超声在医学成像、清洗、探伤等方面有广泛的应用。 五、典型问题 1. 次声和超声都是人耳听不到的声音，我们怎么知道它们存在呢？ - 对于次声，我们可以通过一些特殊的仪器来检测。比如说在地震预警系统中，就有专门的次声传感器。这些传感器可以把次声波的振动信号转化为电信号，然后通过计算机等设备进行分析处理，从而检测到次声波的存在。对于超声，在医学超声设备中，超声发生器产生超声信号，当超声在人体或其他物体中传播并反射回来后，超声仪器可以接收并处理这些反射信号，从而显示出相关的图像或信息，这就证明了超声的存在。 2. 次声和超声在穿透能力方面有什么相同点和不同点？ - 相同点是它们都具有较强的穿透能力。不同点在于，次声在穿透物体时，主要是能量衰减小，可以穿透很厚的障碍物，如山脉、墙壁等，而超声在穿透物体时，会在物体内部产生反射、折射等现象，并且它的穿透能力更多地与它的频率高、能量集中等特性有关，在医学和工业上利用超声穿透人体或金属等物体内部结构来进行成像或探伤等操作。 3. 在日常生活中，我们是否会接触到次声或者超声？ - 在日常生活中，我们可能会接触到超声。比如去医院做超声检查，或者家里的一些超声清洁设备，像超声清洗眼镜的小仪器。而对于次声，虽然我们听不到，但是在一些自然灾害来临前或者靠近一些大型机械设备时可能会有次声存在，只是我们没有直接的感知。不过现在有一些次声监测设备用于研究和预警等目的，我们很少会直接与次声产生交互。 次声与超声习题 一、选择题 1. 下列关于次声的说法正确的是（ ） A. 次声是一种频率很高的声音 B. 次声可以被人耳听到 C. 地震时会产生次声波 D. 次声对人体没有危害 答案：C。次声是频率低于20Hz的声音，人耳听不到，地震时会产生次声波，次声对人体有危害，当强度较大时会引起人体不适。 2. 超声在医学上的应用不包括（ ） A. 超声成像 B. 超声碎石 C. 超声探伤 D. 超声消毒 答案：D。超声在医学上有超声成像、超声碎石等应用，超声探伤是工业上的应用，超声没有消毒的功能。 二、填空题 1. 超声的频率高于（ ）Hz，次声的频率低于（ ）Hz。 答案：20000；20。 2. 次声在（ ）和（ ）方面有重要的应用。 答案：自然灾害监测；军事侦察。 三、简答题 1. 简述超声清洗的原理。 答案：超声清洗是把要清洗的零件放在装有清洗液的容器里，然后开启超声发生器。超声在清洗液中产生高频振动，这些振动会使清洗液产生微小的气泡，这些气泡在破裂的时候会产生强大的冲击力，可以把零件表面的污垢、油脂等杂质清洗掉。 2. 为什么次声对人体有危害？ 答案：人体内部器官有自己的固有频率，当外界的次声频率与人体器官的固有频率接近的时候，就会引起器官的共振。如果人体器官发生共振，就会对器官造成损害，从而使人体产生头晕、恶心、耳鸣等不适症状。 学科网（北京）股份有限公司 $$