第3节 声的利用（举一反三讲义）物理人教版2024八年级上册

第3节 声音的利用（解析版） 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1.声与信息 2 知识点2.声与能量 5 知识点3.科学世界：建筑声学的杰作 7 【方法技巧】 9 方法技巧1.声信息与声能量的判断技巧 9 方法技巧2.超声波、次声波的比较 10 【巩固训练】 10 【学习目标】 目 标 目 标 阐 释 物理素养 物理观念 通过实验和实例，知道声可以传递信息和能量，了解现代技术中声学知识的一些应用。 科学思维 在讨论利用声传递信息或能量的实例中，进行比较与分类，发展科学思维能力。 科学探究 观察寻找社会生活中利用声的实例，形成观察的习惯，培养证据意识。 科学态度与责任 了解我国古代科学技术中声学方面的成就，增强对中华优秀传统文化的自信。了解声学知识在现代技术中的应用，体会科学、技术、社会与环境的联系。 重 点 1.声音能够传递信息和能量，理解其在现实生活中的具体应用。 2.超声波在医学诊断（B超）、工业检测中的典型应用原理。 难 点 1.理解超声波为何能穿透人体组织并形成图像，涉及声波反射与回波处理机制。 2.区分超声波与次声波在不同应用场景中的差异及其背后的物理依据。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1.声与信息 1.声可以传递信息 声 声音的特点 归纳 远处隆隆的雷声 大雨就要来了 不同的声音会传递给人们不同的信息。声音可以传递信息 下课铃声 下课时间到了 铁路工人用铁锤敲击钢轨，钢轨发出异常声音 有螺栓松动了 医生用听诊器听心脏跳动的声音 人体健康状况 2.次声波传递信息 大自然的许多活动，如地震、火山爆发、台风、海啸等发生时，都伴有次声波的产生。次声波传播的距离很远，发生地震、台风、核爆炸时，即使在几千千米以外，使用灵敏的声学仪器也能接受到他们产生的次声波。处理这些信息可以确定这些活动发生的方位和强度。 3.超声波传递信息 应用 示例 回声定位 （1）蝙蝠觅食：蝙蝠在飞行过程中，会发出超声波，这些声波遇到障碍物或昆虫时会反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠可以确定目标的位置； （2）倒车雷达：利用超声波探测汽车后方障碍物的距离，告知驾驶员周围障碍物的情况； （3）声呐设备：利用声波在水中的传播和反射特性，对水下目标进行探测，广泛用于鱼群探测、船舶导航和海底地质地貌的勘测等。 医用“B”超 医生用B型超声波诊断仪向病人体内发射超声波，超声波遇到组织的分界面（不同内脏器官的分界处、内脏与骨骼分界处以及异物与组织的交界处）时会发生反射，根据反射波滞后于发射波的时间，可以知道分界面在体内的深度等信息，并转换成影像，帮助医生判断人体内的组织器官是否正常。 无损探伤 工业上可以利用超声波透射法对产品进行无损探测。如果产品内部有缺陷，超声波会在缺损处发生反射，根据接收到的声波信息可以鉴定产品是否合格。 【例1】“风声雨声读书声声声入耳，家事国事天下事事事关心”是我国东林书院的一副对联，寓意读书人既要认真读书，也要关心国家大事。“风雨声”和“读书声”是由物体________产生的，听到“风声雨声”知道刮风下雨说明声音可以传递________。 【答案】振动；信息 【解析】声音是由物体的振动产生的。风声是由空气的振动产生的声音，雨声是由水滴的振动产生的声音，读书声是由人声带的振动产生的。 听到“风声雨声”知道刮风下雨，说明“风声雨声”能给我们传递天气的信息，从而说明声音可以传递信息。 【变式1-1】如图所示，是一款“超声波传感器”智能拐杖，通过超声波传感器加蜂鸣器实现距离报警，可以帮助盲人自信出行，下列说法正确的是（ ） A.利用超声波测距说明声音能够传递能量 B.人耳能听到这种超声波 C.这种超声波的发声体振动特别快 D.蜂鸣报警声比较尖锐指的是声音的响度 【答案】C 【解析】A.利用超声波测距说明声音能够传递信息，故A错误； B.超声波的振动频率高于20000Hz，不在人耳的听觉频率范围之内，人耳听不见，故B错误； C.这种超声波的发声体振动特别快，频率高，音调高，故C正确； D.蜂鸣报警声比较尖锐指的是声音的音调，故D错误。 故选：C。 【变式1-2】当120救护车鸣笛驶来，行人和车辆都纷纷让道。鸣笛声是通过________传到人耳的，人们根据鸣笛声可以判断是120救护车，说明声音可以传递_________。 【答案】空气；信息。 【解析】当120救护车鸣笛驶来，行人和车辆都纷纷让道。鸣笛声是通过空气传到人耳的，人们根据鸣笛声可以判断是120救护车，说明声音可以传递信息。 故答案为：空气；信息。 【变式1-3】我国“蛟龙号”载人潜水器下潜深度已突破7000m，世界领先。“蛟龙号”潜水器在某次下潜之前，用声呐向该海域的海底发出超声波，经过14s声呐接收到回声信号，“蛟龙号”从海水表面匀速竖直下潜到7000m深处，需4小时的时间。（声音在海水中的传播速度为1500m/s）求： （1）该海域的深度为多少？ （2）“蛟龙号”的下潜速度是多少km/h？ 【答案】（1）10500m；（2）1.75km/h 【解析（1）因为声音传播到海底的时间为总的时间的一半，则： 由得，该海域的深度： s=υt=1500m/s×7s＝10500m （2）“蛟龙号”的下潜速度： 答：（1）该海域的深度为10500m。 （2）“蛟龙号”的下潜速度是1.75km/h。 知识点2.声与能量 1.声能传递能量 【演示实验】声音能否传递能量 如下图，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？ 【实验现象】发声扬声器旁的烛焰来回摆动。 【总结】声具有能量，也可以传递能量。传递声的过程实际上就是传递能量的过程。 2.声波传递能量的应用 超声波清洗机、超声波碎石 、超声波雾化器、次声波武器等。 特别提醒 （1）声可以传递信息，也可以传递能量。凡是声音引起其他物体变化的例子，均属于声音传递能量；声音未能引起其他物体的变化，而是根据声音对物体的状况或某些特征作出判断，属于声音传递信息。如“雷声震耳欲聋”，说明雷声具有能量；而“听到了雷声预示着将要下雨”，这是雷声传递信息。 （2）声传递信息、传递能量的实例： 声传递——信息 声传递——能量 利用回声测距、定位 超声波清洗精密仪器、碎石、洁齿 用“B超”检查身体 超声波雾化器 利用超声波探测金属内部裂纹 次声波武器 利用次声波预测地震、监测核爆炸等 次声波的破坏作用 【例2】声音传递能量 （1）声具有能量，也可以传递能量； （2）声传递能量的应用：超声波清洗机、碎石机、雾化器、金属探伤仪等； ①医疗上，医生利用__________碎石机去除病人体内的结石； ②工业上，利用__________对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工； ③日常生活中，利用超声波清洗牙齿、精密工具等； ④军事上，由于次声波传播的距离_________、________能力强，且较低频率的次声波达到一定强度时可以致人死亡，因而次声波正越来越多地应用在军事上。 【答案】超声波；超声波；远；穿透 【解析】声音可以传递能量。医疗上，医生利用超声波碎石机去除病人体内的结石；工业上，利用超声波对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。 军事上，由于次声波传播的距离远、穿透能力强，且较低频率的次声波达到一定强度时可以致人死亡，因而次声波正越来越多地应用在军事上。 【变式2-1】下列技术的应用中，属于利用超声波传递能量的是（ ） A.超声波碎石 B.倒车雷达 C.B超 D.声呐探测鱼群位置 【答案】A 【解析】声音既可以传递信息，也可以传递能量。 A.利用超声波碎石，属于利用声音传递能量，故A符合题意； B.倒车雷达，属于利用声音传递信息，故B不符合题意； C.B超，属于利用声音传递信息，故C不符合题意； D.声呐探测鱼群位置，属于利用声音传递信息，故D不符合题意。故选A。 【变式2-2】地震给人类造成了重大的损失，地震产生的声波属于_________（选填“次声波”或“超声波”），所以人们并没有感知到地震产生的声波。倒塌房屋中的一些被困人员，通过敲击物体使其________发出声音，及时获救，这是利用声波传递________。利用超声波技术能振碎人体内结石，说明声音能够传递________。 【答案】次声波；振动；信息；能量。 【解析】地震产生的声波频率低于20Hz，属于次声波，所以人们并没有感知到地震产生的声波。 倒塌房屋中的一些被困人员，通过敲击物体使其振动，振动的物体能够发出声音，及时获救，这是利用声波传递信息。 利用超声波技术能振碎人体内结石，说明声音能够传递能量。 【变式2-3】如图与声现象有关，其中说法错误的是（ ） A.拨动张紧的橡皮筋，橡皮筋振动发声，表明声音是由物体的振动产生的 B.花样游泳运动员在水中能够听到水下音响发出的音乐声，说明液体能够传声 C.用大小相同的力敲击玻璃瓶，玻璃瓶发出声音的音调不同，从左往右音调变高 D.利用超声波清洗眼镜，表明声可以传递能量 【答案】C 【解析】A.拨动张紧的橡皮筋，橡皮筋振动发声，表明声音是由物体的振动产生的，故A正确； B.花样游泳运动员在水中能够听到水下音响发出的音乐声，声音的传播需要介质，说明液体能够传声，故B正确； C.用大小相同的力鼓击玻璃瓶，瓶和水振动发声，瓶内的水越多，振动越慢，频率越低，音调越低，所以从左往右音调变低，故C错误； D.利用超声波清洗眼镜，表明声可以传递能量，故D正确。 故选：C。 考点3.科学世界：建筑声学的杰作 圜丘在天坛公园的南部，始建于明嘉靖九年（公元1530年），是一座分成三层的圆形平台，每层周边都有汉白玉栏板，每层平台的台面都由光滑的石板铺成。第三层台面高出地面约5m，半径约为11.5 m，第三层中心是一块圆形大理石，俗称天心石。当你站在天心石上说话或唱歌时，你会觉得声音特别洪亮。但是站在天心石以外的人听起来，却没有这种感觉，站在天心石以外说话或唱歌，也没有这种感觉。 这种奇妙的现象是声音反射形成的音响效果。圜丘第三层台面中心略高，四周微微向下倾斜。当有人在台面中心说话时，传向四周的声音有一部分被四周的石栏板反射，射到稍有倾斜的台面后又被反射到台面中心。因为圜丘第三层台面的半径仅为11.5m，从发声到回声返回中心台面所需的时间约为0.07s，所以回声跟原来的声音混在一起，分辨不开，让人觉得声音格外响亮，似乎觉得还有声音从地下传来。 【例3】如图所示为北京天坛公园里堪称声学建筑奇观之一的圜丘。当游客站在圜丘顶层的天心石上说话时，会感到声音特别洪亮。下列关于声音变得特别洪亮的解释中正确的是（　　） A.游客大声说话是为了提高声音的音调 B.天坛的回音现象，说明声音可以发生反射 C.站在圜丘上说话时，声音传播得更快 D.在圜丘上只要有物体在振动，我们就一定能听到声音 【答案】B 【解析】AB.游客大声说话是为了提高声音的响度，当游客在圜丘顶层的天心石上说话时，声音碰到障碍物反射回来，使回声与原声混在一起，声音得到加强，声音的响度增大，说明声音可以发生反射，故A错误，B正确； C.声音的传播速度的快慢与温度和介质的种类有关，站在圜丘上说话时，声音传播并没有更快，故C错误； D.人能听到20Hz~20000Hz的声音，如果物体振动频率在人能听到的频率以外，物体发出的声音，我们听不到，故D错误。 故选B。 【变式3-2】阅读短文，回答问题。 建筑声学的杰作 如图为驼名中外的北京天坛中的一处建筑—圆丘（图甲所示）。 图丘在天坛公园的南部，是一座分成三层的圆形平台，每层周边都有汉白玉栏杆，每层平台的台面都由光滑的石板铺成。第三层中心是一块圆形大理石，俗称天心石或太极石。当你站在天心石上说话或唱歌时，你会觉得声音特别洪亮。但是站在天心石以外的人听起来，却没有这种感觉。这种奇妙的现象是声音反射造成的音响效果。圜丘第三层台面中心略高，四周微微向下倾斜。当有人在台中心喊叫一声，传向四周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，如图乙所示。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。 （1）声音是以________的形式向外传播，站在天心石上说话或唱歌时，听到的声音格外响亮，是因为这是建筑师利用声音的反射，使________与原声混在一起，声音得到加强造成的音响效果。而我们人耳能分辨出两个声音的时间间隔应大于0.ls，则我们要想听到自己的回声，障碍物离我们的距离必须大于_______m； （2）圆丘栏杆和栏板多由汉白玉堆砌，每层平台的台面铺成光滑的石板。从声学角度考虑，这些材料的选取也有利于增强声波的反射。当然对于相同的问题，不同场合需求会有所不同，大型会场、影院需要减弱对声音的反射以免影响听觉效果，你认为图丙中材料适合用于大型会场、影院等内墙装饰的是有_______（多选）； （3）小明想具体测圆丘顶层圆台的周长，他随身携带的物品有细绳、刻度尺、秒表、小红旗、手机，请你选用小明携带的物品，帮助他设计实验估测圆台的周长。请你写出主要实验方案，并用符号表示测量结果_______。 【答案】（1）声波；回声；17；（2）BC；（3）见解析 【解析】（1）声音以声波的形式传播； 当游客在圜丘顶层的天心石上说话时，听到的声音格外响亮，这是建筑师利用声音的反射，使回声与原声混在一起，声音得到加强，造成回声的音效效果； 人耳能分清两个声音的时间间隔大于0.1s，则人离障碍物的距离至少为： （2）反射面光滑能够增强声波的反射；大型会场、影院等内墙装饰时要减弱声波的反射，故要选择疏松多孔、凹凸不平的材料。 （3)首先用直尺量出自己步行3步的长度，取平均值得出一步的长度L，然后用小红旗记录起点，步行绕圜丘顶层圆台外边缘一周，记录自己的步数n，则步数与步长的乘积就是圜丘顶层圆台的周长，圜丘顶层圆台的周长为： 故答案为：（1）声波；回声；17；（2）BC；（3）首先用直尺量出自己步行3步的长度L，取平均值得出一步的长度，然后用小红旗记录起点，步行绕圜丘顶层圆台外边缘一周，记录自己的步数n，则步数与步长的乘积就是圜丘顶层圆台的周长，圜丘顶层同么的田上头。 【方法技巧】 1.声信息与声能量的判断技巧 一般来说，能为人们识别自然界和社会中不同事物而提供的“消息”，就是信息。如果某种事情需要通过一定的“力量”来完成，这种“力量”一般是能量。 2.超声波、次声波的比较 超声波 次声波 特点 方向性好、能量密度大、易于获得较集中的声能 穿透能力强、传播过程中能量损失小 应用或危害 利用声呐探测海底深度、B超诊病、超声波探伤、击碎体内结石等 次声波检测海啸、地震等；穿透人体时，会使人体出现不适，甚至导致死亡 【巩固训练】 一、填空题： 1.（24-25八年级上·广东湛江·期末）如图所示，我国的“雪龙”号极地考察船正在南极某海域探测海底深度，科考船用船上的声呐向海底垂直发射_________（选填“超声波”或“次声波”），经1.6s收到回波信号，则该处海水深________m，这种方法_________（选填“能“或“不能”）用来测量地球和月球之间的距离。（声音在海水中的传播速度为1500m/s） 【答案】超声波；1200；不能 【解析】声呐是利用超声波来工作的，故科考船用船上的声呐向海底垂直发射超声波探测海洋深度。 超声波从海面传到海底的时间为： 则海水的深度： h=υt=1500m/s×0.8s=1200m 由于地球与月球之间是真空环境，而真空不能传声，所以不能用这种方法测量地球和月球之间的距离。 2.如图所示，将点燃的蜡烛放在发声喇叭前方，可以看到烛焰随着声音晃动，喇叭的纸盆由于________产生声音，声音通过_________传播到烛焰处，烛焰晃动说明声音具有_________。 【答案】振动；空气；能量 【解析】声音是由物体的振动产生的，喇叭的纸盆由于振动产生声音；声音的传播需要介质，声音通过空气传播到烛焰处；声音可以传递信息，声音可以传递能量，烛焰晃动说明声音具有能量。 3.（24-25八年级上·安徽合肥·期末）智能手机都有一个语言助手，可以很好实现“人机交流”，如某品牌手机，当使用者说：“小艺小艺”，手机可以解锁，但是其他人说：“小艺小艺”， 手机不可以解锁，该系统主要根据声音的________这一特性来工作的；图中汽车上的倒车雷达是利用__________（选填“超声波”或“次声波”）来工作的。 【答案】音色；超声波 【解析】音色是发声体的声音品质，由发声体本身的特征决定，是区别声音的重要标志。智能手机都有一个语言助手，可以很好实现“人机交流”；当使用者说：“小艺小艺”，手机可以解锁，但是其他人说：“小艺小艺”， 手机不可以解锁，该系统主要是根据声音的音色这一特性来工作的。 超声波的应用有：声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器。图中汽车上的倒车雷达是利用超声波来工作的。 4.（24-25八年级上·安徽亳州·阶段练习）小明将眼镜放入如图所示的清洗机中，按下按钮，一段时间后，眼镜被清洗干净。这是应用了__________（选填“次声波”或“超声波”）。 【答案】超声波 【解析】小明将眼镜放入如图所示的清洗机中，按下按钮，一段时间后，眼镜被清洗干净。超声波清洗机利用超声波的高频振动，能够有效地去除眼镜表面的污垢和油脂。 5.（24-25八年级上·海南三亚·期末）有一种电动牙刷能发出超声波直达牙刷刷不到的地方，把牙齿刷得更干净，它利用了超声波____________（选填“传递信息”或“具有能量”）的特点，牙刷发出的超声波刷牙者________（选填“能”或“不能”）听到。 【答案】具有；不能 【解析】超声波也是声波，因而超声波具有能量，电子牙刷就是利用了这个道理。 超声波是频率高于20000Hz的声波，人耳听不见，所以牙刷发出的超声波刷牙者不能听到。 6.（24-25八年级上·江苏无锡·阶段练习）2008年5月12日，四川汶川发生里氏8.0级强烈地震，地震所产生的__________（填“超声波”、“次声波”、“电磁波”）对建筑物、人的平衡器官的功能破坏性很大，人耳无法直接听到，所以要尽量远离地震源。若某声源在10s内振动了150次，则此声源发出的是________波。 【答案】次声波；次声 【解析】次声是指低于20Hz的声音，人耳听不到次声，地震可以产生能量很大的次声，这种声音对人体危害极大。 声源的振动的频率： 此时频率小于20Hz，此声源发出的是次声波。 7.（24-25八年级上·四川达州·期末）如图甲所示是人和老鼠的听觉频率范围，如图乙所示是一款智能车载驱鼠器。在通电工作时，驱鼠器可以发出人听不到的声波对老鼠进行驱逐，该声波是_________（选填“超声波”或“次声波”）。生活中人们利用这种声波______________（选填“监测地震”“测量地球与月球之间的距离”或“探测海底地貌”）。 【答案】超声波；探测海底地貌 【解析】根据题目中给出的图甲，人和老鼠的听觉频率范围有所不同。人的听觉频率范围大致在20Hz到20000Hz之间，而老鼠的听觉频率范围则更宽，能够听到更高频率的声音。驱鼠器在通电工作时，可以发出人听不到的声波对老鼠进行驱逐。由于人听不到的声波可能是频率高于20000Hz的超声波，也可能是频率低于20Hz的次声波，考虑到驱鼠器的设计目的和老鼠的听觉频率范围，故该声波是超声波，因为超声波能够覆盖到老鼠能听到的频率范围而人听不到，从而达到驱逐老鼠的效果。 由于超声波具有方向性好、穿透能力强和易于获得较集中的声能等优点，它在生活中有着广泛的应用。其中，利用超声波的方向性好和穿透能力强的特点，可以进行金属探伤、医学诊断等；而利用超声波遇到障碍物易反射的特性，则可以用来探测海底地貌；而地震发出的是次声波，这不是超声波；地球与月球之间是真空，而真空不能传声，不能用超声波测量它们的距离。 8.台风“杜苏芮”对菲律宾与中国都造成严重灾害，其残余环流更在中国北方引发极端暴雨天气，台风来临时会产生________（选填“超”或“次”）声波，这种声波在空气中的传播速度________（选填“大于”、“等于”或“小于”）可听声的传播速度。声音是以________的形式向外传播。 【答案】次；等于；波 【解析】地震、风暴等自然灾害会发出次声波，故台风来临时会产生次声波。 声音的传播速度与介质的种类和温度有关，因都是在空气中传播，故这种声波在空气中的传播速度等于可听声的传播速度。 声音是以波的形式传播的，故可称声波。 9.（24-25八年级上·广东惠州·期末）医生使用的听诊器是利用了声音能传递________；某种昆虫靠翅膀振动发声，如果这种昆虫的翅膀在5s内振动了80次，人类________（选填“能”或“不能”）听到这种声音；声呐的工作利用的是__________（选填“超声波”或“次声波”）。 【答案】信息；不能；超声波 【解析】声音既可以传递能量，也可以传递信息，医生用听诊器为病人诊病，利用声音可以传递信息。 昆虫的翅膀在5s内振动了80次，所以翅膀振动的频率： 人类能听到的频率范围是20~20000Hz，16Hz不在人类能听到的频率范围内，所以不能听到。 科学家利用回声定位的原理发明了声呐系统，声呐是超声波来传递信息的。 二、选择题： 10.（24-25八年级上·新疆·期末）下列图中，主要描述声音能够传递能量的是（ ） 【答案】B 【解析】ACD.利用回声定位、超声波检查、探测海的深度都是利用声音遇到障碍物后产生回声来传递 信息的，故ACD不符合题意； B.声音可以传递能量，也可以传递信息。敲橡皮膜使烛焰摇动，说明声音可以传递能量，故B符合题意。 故选B。 11.（24-25八年级上·河北廊坊·期末）下列事例中，利用超声波传递信息的是（ ） A.用超声波电动牙刷刷牙 B.用超声波清洗眼镜片 C.用超声波探测鱼群的位置 D.用超声波去除结石 【答案】C 【解析】AB.用超声波电动牙刷刷牙或清洗眼镜片，可以使得污垢剥离，这是利用超声波传播能量，故AB不符合题意； C.用超声波探测鱼群，获取鱼群的位置信息，这是利用了超声波能传递信息，故C符合题意； D.用超声波去除结石，可以使得结石粉碎，这是利用超声波传播能量，故D不符合题意。 故选C。 12.（24-25八年级上·广西南宁·期末）下列事例中，属于利用声传递能量的是（ ） A.倒车雷达利用超声波定位 B.医生用听诊器给病人诊断病情 C.利用次声波判断地震方位 D.利用超声波击碎人体内的结石 【答案】D 【解析】A.倒车雷达利用超声波定位可以获知周围的环境、车距等信息，属于利用声传递信息，故A不符合题意； B.医生用听诊器给病人诊断病情，从而得到病人的身体状况信息，属于利用声传递信息，故B不符合题意； C.利用次声波可以得到地震的方位和强度，属于利用声传递信息，故C不符合题意； D.利用超声波击碎人体内的结石，使得结石顺利排出体外，属于利用声传递能量，故D符合题意。 故选D。 13.（24-25八年级上·山东济南·期末）倒车雷达是汽车停车或倒车时的安全辅助装置，能帮助司机解决视线模糊、盲区等问题，提高驾驶的安全性。关于倒车雷达的下列说法正确的是（ ） A.利用次声波传递信息 B.利用超声波传递信息 C.利用超声波传递能量 D.利用红外线传递信息 【答案】B 【解析】倒车雷达利用反射的超声波来判断车与障碍物的距离，是利用了超声波传递信息，故B正确，ACD错误。 故选B。 14.下列关于声现象的说法中，正确的是（ ） A.“闻其声而知其人”——说明音色不同 B.“长啸一声，山鸣谷应”——因为声波传播得很远 C.医生用B 超检查病情——利用的是声音可以传递能量 D.人耳听不到地震产生的次声波——因为次声波的响度太小 【答案】A 【解析】A.不同发声体发出的声音音色不同，“闻其声而知其人”，是根据音色的不同来辨别发声的人是谁，故A正确； B.“长啸一声，山鸣谷应”，因为声波发生了反射，形成了回声，故B错误； C.医生用B 超检查病情，利用的是声音可以传递信息，故C错误； D.人耳听不到地震产生的次声波，是因为次声波的频率不在人的听觉频率范围之内，故D错误。 故选A。 15.（24-25八年级上·贵州贵阳·期末）声波在生产生活及科技发展中有广泛应用。下列关于声波应用的说法正确的是（ ） A.蝙蝠利用次声波进行导航 C.声纹锁通过识别响度开锁 B.通过回声测量地月距离 D.超声波可以探测障碍物 【答案】D 【解析】A.蝙蝠利用超声波进行导航，故A错误； B.声音不能在真空中传播，所以不能通过回声测量地月距离，故B错误； C.不同发声体的音色一般不同，声纹锁通过识别音色开锁，故C错误； D.声可以传递信息，超声波通过回声定位可以探测障碍物，故D正确。 故选D。 16.（23-24八年级上·福建三明·期末）下列设备中，不是利用超声波工作的是（ ） 【答案】A 【解析】A.用听诊器检查身体没有用超声波，直接利用声音传递信息，故A符合题意； BCD.蝙蝠利用声波导航，声波金属探伤仪和潜艇上的声呐系统都利用了超声波，故BCD不符合题意。 故选A。 17.智能家居逐渐走进现代家庭，如图所示是一款小度智能屏，它可以和“主人”进行语音交流，接收“主人”指令，播放视频、音乐等，还具有模仿父母的声音讲故事的功能。下列有关说法正确的是（ ） A.智能屏跟“主人”进行语音交流是通过空气传播的 B.智能屏属于科技产品，所以发声时不需要振动 C.模仿父母的声音是模仿父母声音的音调 D.智能屏能够正确执行“主人”指令，说明声能传递能量 【答案】A 【解析】A.声音的传播需要介质，智能屏跟“主人”进行语音交流是通过空气传播的，故A正确； B.声音是由物体振动产生的，智能屏属于科技产品，发声时是扬声器在振动，故B错误； C.人们通过音色能辨别发声体，模仿父母的声音是模仿父母声音的音色，故C错误； D.智能屏能够正确执行“主人”指令，说明声能传递信息，故D错误。 故选A。 18.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5m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。该手杖可帮助盲人辨别障碍物的方位、距离、大小甚至形状等信息。下列说法中正确的是（ ） A.超声波的频率低于20Hz B.该应用可以体现超声波可以传递能量 C.超声波信号遇到障碍物后不会发生反射现象 D.该导盲杖对障碍物的定位原理与蝙蝠的定位原理相同 【答案】D 【解析】A.超声波的频率高于20000Hz，故A错误； B.导盲手杖为盲人提供了障碍物的信息，所以利用的是超声波可以传递信息的原理，故B错误； C.超声波信号遇到障碍物后会发生反射现象。导盲手杖利用了声波能够反射的特点，故C错误； D.该导盲手杖依靠发射和接收超声波，来判断以及对障碍物定位，此原理与蝙蝠的定位原理相同，故D正确。 故选D。 三、计算题： 19.为了监测超速行驶的违法行为，公路上常常设置有超声波测速仪，测速仪能发射和接受声波，如图在平直公路上O点固定一测速仪，当行驶的小汽车运动到A点时（车尾位置如图甲），测速仪向小汽车发出超声波，超声波“追上”小汽车时，小汽车刚好运动到B点（如图乙），此时车尾将超声波反射回去，测速仪从发出超声波至接收到反射回来的超声波时所用的时间为0.5s，A、B两点间距离为sAB=6m。已知此路段限速为 90km/h，超声波的速度为340m/s。求： （1）0.5s内超声波来回传播的总路程； （2）A点与测速仪之间的距离sOA； （3）通过计算说明小汽车在此路段是否超速。 【答案】（1）170m；（2）79m；（3）没有超速 【解析】（1）0.5s内超声波传播的路程： s声=υ声t=340m/s×0.5s=170m （2）由题意可知，B点到O点的距离： 所以A点与测速仪之间的距离： sOA=sOB-sAB=85m-6m=79m （3）小汽车从A点运动到B点所经历的时间： 小汽车的速度： 小汽车速度小于90km/h，故小汽车在此路段没有超速。 答：（1）0.5s内超声波来回传播的总路程为170m； （2）A点与测速仪之间的距离为79m； （3）小汽车在此路段没有超速。 20.利用回声可以测量声源到障碍物的距离。科学工作者为了探测海底某处的深度，从海面向海底垂直发射超声波，经过10s后接收到返回信号，已知声音在海水中的传播速度为1500m/s，请回答下列问题： （1）人耳能听到超声波吗？为什么？ （2）海洋的深度是多少？ （3）运用声波的反射，能否测量地球和月球之间的距离？为什么？ 【答案】（1）不能，原因见解析；（2）7500m；（3）不能；原因见解析 【解析】（1）人耳不能听到超声波。因为人的听觉频率范围是20~20000Hz，频率高于20000Hz的声音叫做超声波，超声波的频率超出了人的听觉频率范围，所以人耳听不到。 （2）超声波传播到海底所用的时间为： 海洋的深度是： s=υt=1500m/s×5s=7500m （3）运用声波的反射不能测量地球和月球之间的距离。声音的传播需要介质，月球上是真空，真空不能传声，所以运用声波的反射不能测量地球和月球之间的距离。 第 1 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 声音的利用（原卷版） 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1.声与信息 2 知识点2.声与能量 4 知识点3.科学世界：建筑声学的杰作 5 【方法技巧】 7 方法技巧1.声信息与声能量的判断技巧 7 方法技巧2.超声波、次声波的比较 7 【巩固训练】 7 【学习目标】 目 标 目 标 阐 释 物理素养 物理观念 通过实验和实例，知道声可以传递信息和能量，了解现代技术中声学知识的一些应用。 科学思维 在讨论利用声传递信息或能量的实例中，进行比较与分类，发展科学思维能力。 科学探究 观察寻找社会生活中利用声的实例，形成观察的习惯，培养证据意识。 科学态度与责任 了解我国古代科学技术中声学方面的成就，增强对中华优秀传统文化的自信。了解声学知识在现代技术中的应用，体会科学、技术、社会与环境的联系。 重 点 1.声音能够传递信息和能量，理解其在现实生活中的具体应用。 2.超声波在医学诊断（B超）、工业检测中的典型应用原理。 难 点 1.理解超声波为何能穿透人体组织并形成图像，涉及声波反射与回波处理机制。 2.区分超声波与次声波在不同应用场景中的差异及其背后的物理依据。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1.声与信息 1.声可以传递信息 声 声音的特点 归纳 远处隆隆的雷声 大雨就要来了 不同的声音会传递给人们不同的信息。声音可以传递信息 下课铃声 下课时间到了 铁路工人用铁锤敲击钢轨，钢轨发出异常声音 有螺栓松动了 医生用听诊器听心脏跳动的声音 人体健康状况 2.次声波传递信息 大自然的许多活动，如地震、火山爆发、台风、海啸等发生时，都伴有次声波的产生。次声波传播的距离很远，发生地震、台风、核爆炸时，即使在几千千米以外，使用灵敏的声学仪器也能接受到他们产生的次声波。处理这些信息可以确定这些活动发生的方位和强度。 3.超声波传递信息 应用 示例 回声定位 （1）蝙蝠觅食：蝙蝠在飞行过程中，会发出超声波，这些声波遇到障碍物或昆虫时会反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠可以确定目标的位置； （2）倒车雷达：利用超声波探测汽车后方障碍物的距离，告知驾驶员周围障碍物的情况； （3）声呐设备：利用声波在水中的传播和反射特性，对水下目标进行探测，广泛用于鱼群探测、船舶导航和海底地质地貌的勘测等。 医用“B”超 医生用B型超声波诊断仪向病人体内发射超声波，超声波遇到组织的分界面（不同内脏器官的分界处、内脏与骨骼分界处以及异物与组织的交界处）时会发生反射，根据反射波滞后于发射波的时间，可以知道分界面在体内的深度等信息，并转换成影像，帮助医生判断人体内的组织器官是否正常。 无损探伤 工业上可以利用超声波透射法对产品进行无损探测。如果产品内部有缺陷，超声波会在缺损处发生反射，根据接收到的声波信息可以鉴定产品是否合格。 【例1】“风声雨声读书声声声入耳，家事国事天下事事事关心”是我国东林书院的一副对联，寓意读书人既要认真读书，也要关心国家大事。“风雨声”和“读书声”是由物体________产生的，听到“风声雨声”知道刮风下雨说明声音可以传递________。 【变式1-1】如图所示，是一款“超声波传感器”智能拐杖，通过超声波传感器加蜂鸣器实现距离报警，可以帮助盲人自信出行，下列说法正确的是（ ） A.利用超声波测距说明声音能够传递能量 B.人耳能听到这种超声波 C.这种超声波的发声体振动特别快 D.蜂鸣报警声比较尖锐指的是声音的响度 【变式1-2】当120救护车鸣笛驶来，行人和车辆都纷纷让道。鸣笛声是通过________传到人耳的，人们根据鸣笛声可以判断是120救护车，说明声音可以传递_________。 【变式1-3】我国“蛟龙号”载人潜水器下潜深度已突破7000m，世界领先。“蛟龙号”潜水器在某次下潜之前，用声呐向该海域的海底发出超声波，经过14s声呐接收到回声信号，“蛟龙号”从海水表面匀速竖直下潜到7000m深处，需4小时的时间。（声音在海水中的传播速度为1500m/s）求： （1）该海域的深度为多少？ （2）“蛟龙号”的下潜速度是多少km/h？ 知识点2.声与能量 1.声能传递能量 【演示实验】声音能否传递能量 如下图，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？ 【实验现象】发声扬声器旁的烛焰来回摆动。 【总结】声具有能量，也可以传递能量。传递声的过程实际上就是传递能量的过程。 2.声波传递能量的应用 超声波清洗机、超声波碎石 、超声波雾化器、次声波武器等。 特别提醒 （1）声可以传递信息，也可以传递能量。凡是声音引起其他物体变化的例子，均属于声音传递能量；声音未能引起其他物体的变化，而是根据声音对物体的状况或某些特征作出判断，属于声音传递信息。如“雷声震耳欲聋”，说明雷声具有能量；而“听到了雷声预示着将要下雨”，这是雷声传递信息。 （2）声传递信息、传递能量的实例： 声传递——信息 声传递——能量 利用回声测距、定位 超声波清洗精密仪器、碎石、洁齿 用“B超”检查身体 超声波雾化器 利用超声波探测金属内部裂纹 次声波武器 利用次声波预测地震、监测核爆炸等 次声波的破坏作用 【例2】声音传递能量 （1）声具有能量，也可以传递能量； （2）声传递能量的应用：超声波清洗机、碎石机、雾化器、金属探伤仪等； ①医疗上，医生利用__________碎石机去除病人体内的结石； ②工业上，利用__________对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工； ③日常生活中，利用超声波清洗牙齿、精密工具等； ④军事上，由于次声波传播的距离_________、________能力强，且较低频率的次声波达到一定强度时可以致人死亡，因而次声波正越来越多地应用在军事上。 【变式2-1】下列技术的应用中，属于利用超声波传递能量的是（ ） A.超声波碎石 B.倒车雷达 C.B超 D.声呐探测鱼群位置 【变式2-2】地震给人类造成了重大的损失，地震产生的声波属于_________（选填“次声波”或“超声波”），所以人们并没有感知到地震产生的声波。倒塌房屋中的一些被困人员，通过敲击物体使其________发出声音，及时获救，这是利用声波传递________。利用超声波技术能振碎人体内结石，说明声音能够传递________。 【变式2-3】如图与声现象有关，其中说法错误的是（ ） A.拨动张紧的橡皮筋，橡皮筋振动发声，表明声音是由物体的振动产生的 B.花样游泳运动员在水中能够听到水下音响发出的音乐声，说明液体能够传声 C.用大小相同的力敲击玻璃瓶，玻璃瓶发出声音的音调不同，从左往右音调变高 D.利用超声波清洗眼镜，表明声可以传递能量 考点3.科学世界：建筑声学的杰作 圜丘在天坛公园的南部，始建于明嘉靖九年（公元1530年），是一座分成三层的圆形平台，每层周边都有汉白玉栏板，每层平台的台面都由光滑的石板铺成。第三层台面高出地面约5m，半径约为11.5 m，第三层中心是一块圆形大理石，俗称天心石。当你站在天心石上说话或唱歌时，你会觉得声音特别洪亮。但是站在天心石以外的人听起来，却没有这种感觉，站在天心石以外说话或唱歌，也没有这种感觉。 这种奇妙的现象是声音反射形成的音响效果。圜丘第三层台面中心略高，四周微微向下倾斜。当有人在台面中心说话时，传向四周的声音有一部分被四周的石栏板反射，射到稍有倾斜的台面后又被反射到台面中心。因为圜丘第三层台面的半径仅为11.5m，从发声到回声返回中心台面所需的时间约为0.07s，所以回声跟原来的声音混在一起，分辨不开，让人觉得声音格外响亮，似乎觉得还有声音从地下传来。 【例3】如图所示为北京天坛公园里堪称声学建筑奇观之一的圜丘。当游客站在圜丘顶层的天心石上说话时，会感到声音特别洪亮。下列关于声音变得特别洪亮的解释中正确的是（　　） A.游客大声说话是为了提高声音的音调 B.天坛的回音现象，说明声音可以发生反射 C.站在圜丘上说话时，声音传播得更快 D.在圜丘上只要有物体在振动，我们就一定能听到声音 【变式3-2】阅读短文，回答问题。 建筑声学的杰作 如图为驼名中外的北京天坛中的一处建筑—圆丘（图甲所示）。 图丘在天坛公园的南部，是一座分成三层的圆形平台，每层周边都有汉白玉栏杆，每层平台的台面都由光滑的石板铺成。第三层中心是一块圆形大理石，俗称天心石或太极石。当你站在天心石上说话或唱歌时，你会觉得声音特别洪亮。但是站在天心石以外的人听起来，却没有这种感觉。这种奇妙的现象是声音反射造成的音响效果。圜丘第三层台面中心略高，四周微微向下倾斜。当有人在台中心喊叫一声，传向四周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，如图乙所示。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。 （1）声音是以________的形式向外传播，站在天心石上说话或唱歌时，听到的声音格外响亮，是因为这是建筑师利用声音的反射，使________与原声混在一起，声音得到加强造成的音响效果。而我们人耳能分辨出两个声音的时间间隔应大于0.ls，则我们要想听到自己的回声，障碍物离我们的距离必须大于_______m； （2）圆丘栏杆和栏板多由汉白玉堆砌，每层平台的台面铺成光滑的石板。从声学角度考虑，这些材料的选取也有利于增强声波的反射。当然对于相同的问题，不同场合需求会有所不同，大型会场、影院需要减弱对声音的反射以免影响听觉效果，你认为图丙中材料适合用于大型会场、影院等内墙装饰的是有_______（多选）； （3）小明想具体测圆丘顶层圆台的周长，他随身携带的物品有细绳、刻度尺、秒表、小红旗、手机，请你选用小明携带的物品，帮助他设计实验估测圆台的周长。请你写出主要实验方案，并用符号表示测量结果_______。 【方法技巧】 1.声信息与声能量的判断技巧 一般来说，能为人们识别自然界和社会中不同事物而提供的“消息”，就是信息。如果某种事情需要通过一定的“力量”来完成，这种“力量”一般是能量。 2.超声波、次声波的比较 超声波 次声波 特点 方向性好、能量密度大、易于获得较集中的声能 穿透能力强、传播过程中能量损失小 应用或危害 利用声呐探测海底深度、B超诊病、超声波探伤、击碎体内结石等 次声波检测海啸、地震等；穿透人体时，会使人体出现不适，甚至导致死亡 【巩固训练】 一、填空题： 1.（24-25八年级上·广东湛江·期末）如图所示，我国的“雪龙”号极地考察船正在南极某海域探测海底深度，科考船用船上的声呐向海底垂直发射_________（选填“超声波”或“次声波”），经1.6s收到回波信号，则该处海水深________m，这种方法_________（选填“能“或“不能”）用来测量地球和月球之间的距离。（声音在海水中的传播速度为1500m/s） 2.如图所示，将点燃的蜡烛放在发声喇叭前方，可以看到烛焰随着声音晃动，喇叭的纸盆由于________产生声音，声音通过_________传播到烛焰处，烛焰晃动说明声音具有_________。 3.（24-25八年级上·安徽合肥·期末）智能手机都有一个语言助手，可以很好实现“人机交流”，如某品牌手机，当使用者说：“小艺小艺”，手机可以解锁，但是其他人说：“小艺小艺”， 手机不可以解锁，该系统主要根据声音的________这一特性来工作的；图中汽车上的倒车雷达是利用__________（选填“超声波”或“次声波”）来工作的。 4.（24-25八年级上·安徽亳州·阶段练习）小明将眼镜放入如图所示的清洗机中，按下按钮，一段时间后，眼镜被清洗干净。这是应用了__________（选填“次声波”或“超声波”）。 5.（24-25八年级上·海南三亚·期末）有一种电动牙刷能发出超声波直达牙刷刷不到的地方，把牙齿刷得更干净，它利用了超声波____________（选填“传递信息”或“具有能量”）的特点，牙刷发出的超声波刷牙者________（选填“能”或“不能”）听到。 6.（24-25八年级上·江苏无锡·阶段练习）2008年5月12日，四川汶川发生里氏8.0级强烈地震，地震所产生的__________（填“超声波”、“次声波”、“电磁波”）对建筑物、人的平衡器官的功能破坏性很大，人耳无法直接听到，所以要尽量远离地震源。若某声源在10s内振动了150次，则此声源发出的是________波。 7.（24-25八年级上·四川达州·期末）如图甲所示是人和老鼠的听觉频率范围，如图乙所示是一款智能车载驱鼠器。在通电工作时，驱鼠器可以发出人听不到的声波对老鼠进行驱逐，该声波是_________（选填“超声波”或“次声波”）。生活中人们利用这种声波______________（选填“监测地震”“测量地球与月球之间的距离”或“探测海底地貌”）。 8.台风“杜苏芮”对菲律宾与中国都造成严重灾害，其残余环流更在中国北方引发极端暴雨天气，台风来临时会产生________（选填“超”或“次”）声波，这种声波在空气中的传播速度________（选填“大于”、“等于”或“小于”）可听声的传播速度。声音是以________的形式向外传播。 【答案】次；等于；波 【解析】地震、风暴等自然灾害会发出次声波，故台风来临时会产生次声波。 声音的传播速度与介质的种类和温度有关，因都是在空气中传播，故这种声波在空气中的传播速度等于可听声的传播速度。 声音是以波的形式传播的，故可称声波。 9.（24-25八年级上·广东惠州·期末）医生使用的听诊器是利用了声音能传递________；某种昆虫靠翅膀振动发声，如果这种昆虫的翅膀在5s内振动了80次，人类________（选填“能”或“不能”）听到这种声音；声呐的工作利用的是__________（选填“超声波”或“次声波”）。 二、选择题： 10.（24-25八年级上·新疆·期末）下列图中，主要描述声音能够传递能量的是（ ） 11.（24-25八年级上·河北廊坊·期末）下列事例中，利用超声波传递信息的是（ ） A.用超声波电动牙刷刷牙 B.用超声波清洗眼镜片 C.用超声波探测鱼群的位置 D.用超声波去除结石 12.（24-25八年级上·广西南宁·期末）下列事例中，属于利用声传递能量的是（ ） A.倒车雷达利用超声波定位 B.医生用听诊器给病人诊断病情 C.利用次声波判断地震方位 D.利用超声波击碎人体内的结石 【答案】D 【解析】A.倒车雷达利用超声波定位可以获知周围的环境、车距等信息，属于利用声传递信息，故A不符合题意； B.医生用听诊器给病人诊断病情，从而得到病人的身体状况信息，属于利用声传递信息，故B不符合题意； C.利用次声波可以得到地震的方位和强度，属于利用声传递信息，故C不符合题意； D.利用超声波击碎人体内的结石，使得结石顺利排出体外，属于利用声传递能量，故D符合题意。 故选D。 13.（24-25八年级上·山东济南·期末）倒车雷达是汽车停车或倒车时的安全辅助装置，能帮助司机解决视线模糊、盲区等问题，提高驾驶的安全性。关于倒车雷达的下列说法正确的是（ ） A.利用次声波传递信息 B.利用超声波传递信息 C.利用超声波传递能量 D.利用红外线传递信息 14.下列关于声现象的说法中，正确的是（ ） A.“闻其声而知其人”——说明音色不同 B.“长啸一声，山鸣谷应”——因为声波传播得很远 C.医生用B 超检查病情——利用的是声音可以传递能量 D.人耳听不到地震产生的次声波——因为次声波的响度太小 15.（24-25八年级上·贵州贵阳·期末）声波在生产生活及科技发展中有广泛应用。下列关于声波应用的说法正确的是（ ） A.蝙蝠利用次声波进行导航 C.声纹锁通过识别响度开锁 B.通过回声测量地月距离 D.超声波可以探测障碍物 16.（23-24八年级上·福建三明·期末）下列设备中，不是利用超声波工作的是（ ） 17.智能家居逐渐走进现代家庭，如图所示是一款小度智能屏，它可以和“主人”进行语音交流，接收“主人”指令，播放视频、音乐等，还具有模仿父母的声音讲故事的功能。下列有关说法正确的是（ ） A.智能屏跟“主人”进行语音交流是通过空气传播的 B.智能屏属于科技产品，所以发声时不需要振动 C.模仿父母的声音是模仿父母声音的音调 D.智能屏能够正确执行“主人”指令，说明声能传递能量 18.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5m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。该手杖可帮助盲人辨别障碍物的方位、距离、大小甚至形状等信息。下列说法中正确的是（ ） A.超声波的频率低于20Hz B.该应用可以体现超声波可以传递能量 C.超声波信号遇到障碍物后不会发生反射现象 D.该导盲杖对障碍物的定位原理与蝙蝠的定位原理相同 三、计算题： 19.为了监测超速行驶的违法行为，公路上常常设置有超声波测速仪，测速仪能发射和接受声波，如图在平直公路上O点固定一测速仪，当行驶的小汽车运动到A点时（车尾位置如图甲），测速仪向小汽车发出超声波，超声波“追上”小汽车时，小汽车刚好运动到B点（如图乙），此时车尾将超声波反射回去，测速仪从发出超声波至接收到反射回来的超声波时所用的时间为0.5s，A、B两点间距离为sAB=6m。已知此路段限速为 90km/h，超声波的速度为340m/s。求： （1）0.5s内超声波来回传播的总路程； （2）A点与测速仪之间的距离sOA； （3）通过计算说明小汽车在此路段是否超速。 20.利用回声可以测量声源到障碍物的距离。科学工作者为了探测海底某处的深度，从海面向海底垂直发射超声波，经过10s后接收到返回信号，已知声音在海水中的传播速度为1500m/s，请回答下列问题： （1）人耳能听到超声波吗？为什么？ （2）海洋的深度是多少？ （3）运用声波的反射，能否测量地球和月球之间的距离？为什么？ 第 1 页 共 11 页 学科网（北京）股份有限公司 $