2.3 声的利用（教学设计）物理新教材人教版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦“声的利用”核心知识，通过生活实例（下课铃、听诊器）和动物交流（大象次声波）提问导入，衔接声音产生、传播及特性等前置知识，搭建从感性体验到理性认知的学习支架。 此资料突出科学探究与科学态度融合，通过扬声器旁烛焰摆动实验验证声传递能量，引导学生分类信息与能量实例培养科学思维，结合天坛圜丘声学成就增强文化自信，丰富实例与活动设计助力教师落实核心素养，帮助学生建立物理与生活、科技的联系。

第3节 声的利用（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第3节 声的利用 教学 目标 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。 教材 分析 对于本节内容，课程标准要求学生了解现代技术中声学知识的一些应用，通过声的利用实例增强学生的社会责任感。教材列举了大量实例，让学生感知物理与生活的联系，体会运用物理知识解决实际问题。在本节的教学中，应鼓励学生自己从生活中的感知或查阅的资料中了解利用声的实例和相关的工作原理，还应引导学生发现并提出问题，在分析与解决问题的过程中，发挥学生的想象力，并鼓励他们制作一些利用声的小发明。 在教学中，可以结合教材中天坛的圆丘、三音石、回音壁等我国古代应用声学知识的实例，让学生了解我国古代科学技术中声学方面的成就，增强学生对中华优秀传统文化的自信，进行爱国主义教育。结合利用次声波确定地震、台风等的方位和强度，以及超声波在多领域的广泛应用，引导学生关注科学技术的发展对社会生活的影响，树立将科学服务于人类社会的意识。 学情分析 八年级学生已经完成了声音的产生与传播、声音的特性等前置知识的学习，对声的概念有了基础认知，且在日常生活中对声的各类应用有大量感性体验，如听诊器、倒车雷达、B超等场景都有接触，这为本节课的学习搭建了天然的认知桥梁。 这个阶段的学生好奇心强，对动手实验和生活中的科技应用充满探究欲，很容易被烛焰随声波晃动、自制橡皮膜发声这类小实验吸引。但他们的认知仍存在明显局限：容易把“声”的概念窄化为“人耳能听到的声音”，对超声波、次声波的实际应用场景陌生；同时很难清晰区分声传递信息和传递能量两类不同的利用方式，尤其对回声定位的原理、回声测距的“往返时间”逻辑容易混淆，常直接用题目给出的总时间代入公式计算，忽略路程的减半处理。 此外，学生还缺乏将物理知识与现代科技、生活应用建立关联的意识，需要教师通过具象的实例和探究活动，帮他们完成从感性体验到理性分类的认知升级。 教学重点 了解利用声的实例和相关的工作原理，知道声可以传递信息，传递能量。 教学难点 声传递信息与声传递能量的区别。 教学 器材 酒精灯、音箱（播放声音）、蜡烛、火柴等。 课件。包含视频资料： ①动画讲解——《声呐是如何工作的》；②视频欣赏——《声波的能量》；③视频欣赏——《蝙蝠靠回声定位捕食》；④视频欣赏——《三音石的声学原理》；⑤课堂总结——《声的利用》。 教学过程 导入新课 【提问】人从呱呱坠地时起，就开始利用声音来表达自己的情绪和需求。人们在优美的音乐中愉悦身心，从彼此的对话中获得信息……除了人类，动物也能利用声。例如，大象就可以用人类听不到的“声音”进行交流。你能举出其他一些例子吗? 学习新课 一、声与信息 1. 声可以传递信息 【教师提问】请同学们分析以下场景有什么共同点？说明了什么问题？ ①下课铃响了；②医生用听诊器听心跳的声音；③挑拣西瓜的成熟程度时，用手敲打西瓜；④听到远处隆隆的雷声。 下课铃响了 医生用听诊器听心跳的声音 用手敲打西瓜 听到远处隆隆的雷声 【学生活动】分析四幅图片的场景有什么共同点？归纳得出上述场景的共同点：当人们感知到不同的声音时，就会传递给人们不同的信息。 【师生总结】声音可以传递信息。 2. 次声波传递信息及其应用 【教师提问】同学们能列举产生次声波的一些实例吗？次声波传递信息有哪些应用？ 【学生活动】阅读教材第44页《声与信息》中的内容，列举产生次声波的一些实例，次声波在社会生活中的应用实例，回答问题。 【师生总结】 （1）次声波的产生：频率低于20 Hz的声叫作次声波。大象就可以发出次声波；地震、火山爆发、台风、海啸、核爆炸等发生时，都伴有次声波的产生。 （2）次声波传递信息的应用：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. 超声波传递信息及其应用 【教师提问】（1）什么是回声定位？回声定位的原理是什么？回声定位有哪些应用？ （2）B型超声波诊断仪的原理是什么？ （3）超声波传递信息在社会生活中还有哪些应用？ 【学生活动】阅读教材第44～45页《声与信息》中的内容，根据社会生活中的实例，回答上述问题。 【师生总结】 （1）回声定位 蝙蝠在飞行时会发出超声波，这些超声波碰到墙壁或昆虫时会反弹回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠可以确定目标的位置。这种根据回声探测目标的方法叫作回声定位。 设超声波在空气中的传播速度为v，蝙蝠向目标发射声波，经时间t后收到回波，则蝙蝠与目标间的距离为：s=vt/2。 蝙蝠靠超声波发现昆虫 （2）回声定位的应用 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。 ①超声导盲仪：采用“回声定位”原理制成的超声导盲仪可以探测障碍物，帮助盲人出行。超声导盲仪通过发射超声波，接收障碍物反射的回波，经过处理后，将障碍物的距离信息转化为声音信息，反馈给使用者，达到“以听代视”的效果。 超声导盲仪及原理 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回声定位的原理制成的。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。 ③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，人们利用它制造出水下探测和通讯仪器——声呐。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。 设声波在海水中的传播速度为v水，声呐系统向海底垂直发射声波，经时间t后收到回波，则海水的深度：海底深度的表达式：s=v水t/2 （3）B型超声波诊断仪 中医诊病通过“望、闻、问、切”四个途径，其中“闻”就是听。医生利用听诊器捕获人体内的声音信息，来诊断疾病。而借助超声波，医生还可以准确地获得人体内部脏器的图像信息。医生用B型超声波诊断仪向病人体内发射超声波，然后接收体内脏器的反射波，反射波携带的信息经过处理后显示在屏幕上。这就是常说的“B超”。 B超检查 超声波探伤仪 超声测速仪 （4）超声波探伤仪与超声测速仪 在生产实践中，超声波检测技术应用很广。例如，利用超声波可以检测出锅炉有没有裂纹，甚至还可以知道裂纹有多大、多深。公路上安装超声测速仪，可以测量出汽车是否超速。 【例题1】如图所示的倒车雷达利用声呐来判断汽车与障碍物的距离，若倒车雷达探头的频率为40000Hz，人耳 （选填“能”或“不能”）听到倒车雷达发出的声音；利用声呐 （选填“能”或“不能”）测量地月之间的距离；若倒车雷达在发出声音0.01s后收到回波，则障碍物离汽车的距离为 m。（声音在空气中的声速为340m/s）。 【答案】 不能 不能 1.7 【详解】人能够听到声音的频率范围是20Hz~20000Hz，倒车雷达探头的频率为40000Hz，属于超声波，不在人耳的听觉频率范围内，故人耳不能听到倒车雷达发出的声音。 声音的传播需要介质，真空不能传声，月球的表面没有空气，声音无法传播，因此不能利用声呐测定地月之间的距离。 若倒车雷达在发出声音0.01s后收到回波，则障碍物离汽车的距离为 学习新课 二、声与能量 1. 声具有能量，也可以传递能量 【提出问题】把一块石头扔进水里，可以看到一圈一圈的水波向四周散去，水面上的树叶也随之起伏。树叶获得的能量是从哪里来的？声波也是一种波动，声波能传递能量吗？ 水波 发声扬声器旁的烛焰 【演示实验】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？ 【师生总结】通过实验发现发声扬声器旁的烛焰来回摆动。 说明：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. 声传递能量的应用 【教师提问】超声波传递能量在社会生活中有哪些应用？ 【学生活动】阅读教材第46页中的内容内容，根据社会生活中的实例，回答上述问题。 【师生分析总结】 （1）超声波清洗机 超声波可以用来洗涤精密的仪器。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。用超声波清洗钟表、首饰、钱币、水果、电子元件等。 超声波清洗机 超声波碎石机 （2）超声波碎石 外科医生常利用超声波振动除去人体内的结石。向人体内结石发射超声波，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）超声波雾化器 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。 对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位。利用超声波的高能量将药液打碎成小雾滴，让病人吸入，能够增进疗效。 超声波加湿器 药液雾化器 3. 声传递信息与传递能量的实例 【教师布置任务】我们列举了很多声在社会生活中应用的实例，有的是利用声波传递信息，有的是利用声波传递能量。请你针对上面的实例进行分类。 【学生活动】根据不同的应用目的，完成分类任务。 学习小组1：寻找利用声波传递信息的实例，并进行简单的说明。 学习小组2：寻找利用声波传递能量的实例，并进行简单的说明。 结合学习小组1和学习小组2分类的结果与说明，由教师进行总结。 【教师总结】 （1）声可以传递信息，也可以传递能量。利用声波传递信息的性质获取物体的时空、状态或运动的信息。利用声波传递能量的性质改变物体的状态或运动。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 【例题2】下列图中，主要描述声音能够传递能量的是（　B　） A． 回声定位 B． 敲橡皮膜烛焰摇动 C． 超声波检查 D． 探测海的深度 【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。 学习新课 三、科学世界—建筑声学的杰作 【教师提问】 为什么当你站在圜丘天心石上说话或唱歌时，会觉得声音特别洪亮？ 【学生活动】阅读教材第46页《科学世界—建筑声学的杰作》分析上述问题。 【师生总结】 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。 【例题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（　B　） 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 【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。 巩固练习 1．下列事例中利用声来传递信息的是  （　　） A．利用强超声波对金刚石等坚硬物品钻孔 B．超声波使液体微粒剧烈振动，加速溶质溶解 C．人暴露在150dB的噪声环境中，耳内鼓膜会破裂出血 D．母象与小象通过次声波交流 【答案】D 【详解】A．声音可以传递信息和能量，利用强超声波对金刚石等坚硬物品钻孔，说明声可以传递能量，故A不符合题意； B．超声波具有能量，可以使液体微粒剧烈振动，加速溶质溶解，故B不符合题意； C．人暴露在150dB的噪声环境中，声音响度过大，造成耳内鼓膜会破裂出血，说明声可以传递能量，故C不符合题意； D．母象与小象可以通过次声波交流，利用的是声可以传递信息，故D符合题意。 故选D。 2．潜艇是海上隐形杀手，能够在水下执行侦察、打击、防御等多种任务，是国家海权的重要保障力量。它在水下航行时是通过声呐系统发出的超声波感知附近海域的情况。下列说法正确的是（　　） A．超声波在海水中的传播速度大于其他声波 B．声呐可以用来测量地球与月球的距离 C．潜艇感知附近海域情况是利用超声波传递信息 D．潜艇上的舰员能够听见超声波 【答案】C 【详解】A．声音在同种介质中传播速度相同，所以超声波在海水中的传播速度和其他声波的传播速度相同，故A错误； B．声音的传播需要介质，真空不能传声，所以声呐不能用来测量地球与月球的距离，故B错误； C．潜艇在海中是靠声呐来传递信息，声呐是利用超声波来工作的，故C正确； D．超声波的频率高于20000Hz，潜艇上的舰员不能够听见超声波，故D错误。 故选C。 3．下列声现象中，说明声音能传递能量的是（　　） A．蝙蝠靠超声波发现昆虫 B．倒车雷达 C．超声加湿器 D．B超诊疗 【答案】C 【详解】A．蝙蝠靠超声波发现昆虫，说明声音能传递信息，故A不符合题意； B．倒车雷达利用超声波测量车与障碍物的距离，说明声音能传递信息，故B不符题意； C．超声加湿器利用超声波将水打散成小颗粒，说明声音能传递能量，故C符合题意； D．B超诊疗利用超声波获得病人病情，说明声音能传递信息，故D不符合题意。 故选C。 4．如图所示，汽车领域广泛利用AI（人工智能）语音助手实现“人与车”全场景自然交互，语音助手发出的声音是由 产生的；减小声音音量实质是降低声音的 （选填“音调”、“响度”或“音色”）；根据用户语音指令完成指定操作，说明声音可以传递 （选填“信息”或“能量”）。 【答案】 振动 响度 信息 【详解】声音是由物体的振动产生的，语音助手发出的声音是由喇叭振动产生的。 响度是声音的强弱，它与物体振幅有关；减小声音音量时，喇叭的振幅发生改变，实质是降低声音的响度。 AI（人工智能）语音助手可以根据用户的语音指令携带的信息来完成指定操作，这说明声音可以传递信息。 5．小吴利用声呐系统测绘嘉陵江温塘峡江域水底的形状。无人船经过该江域水平面的A、B、C、D、E五个位置时，向水底定向发射超声波，测得回收信号的时间分别为0.30s、0.16s、0.28s、0.14s、0.30s。小吴推算出该江域水底的大致形状是（　　） A B C D 【答案】A 【详解】根据s=vt可知，速度一定时，时间越长通过的路程越远。无人船经过该江域水平面的A、B、C、D、E五个位置时，向水底定向发射超声波，测得回收信号的时间分别为0.30s、0.16s、0.28s、0.14s、0.30s，时间越长的位置水底越深，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 6．在停车场，小明注意到当车辆倒车入位靠近墙壁时，倒车雷达会发出“嘀——嘀”的蜂鸣声，同时可以直观地显示出汽车与墙壁的距离，如图所示。根据倒车雷达显示的信息，此时探头从发出声波到接到回波所用的时间是 s，同时说明声能传递 。（声速v声=340m/s） 【答案】 0.02 信息 【详解】根据倒车雷达显示的信息可知车与后方障碍物的距离s=3.4m，则探头从发出声波到接到回波，超声波通过的距离为s1=2s=2×3.4m=6.8m 所用的时间为 利用了超声波的回声定位原理，表明声能传递信息。 板书设计 第3节 声的利用 一、声与信息 1．声可以直接传递信息。 2．次声波：可以传递信息。应用：如动物的交流声、地震、海啸发出的次声等。声学仪器接收到次声波信息可以确定方位和强度。 3. 超声波：可以传递信息。应用：回声定位（如蝙蝠捕食、声呐等）、B超、超声波探伤仪等。 二、声与能量 1. 声波具有能量，也可以传递能量。 2. 声波能量的应用：除人体结石、清洗精细机械、超声波雾化器、次声波武器等。 课堂总结 第3节 声的利用 作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $