第三节 超声波与次声波（教学课件）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理课件聚焦超声波与次声波，系统讲解其定义、特性及应用，课堂导入通过“狗狗异常行为”情境，联系人类听觉范围，搭建从已知到未知的学习支架，引导学生探究人耳听不到的声波世界。 其亮点在于以科学思维和科学探究为核心，通过蝙蝠仿生学、B超成像等实例，运用模型建构和科学推理分析特性与应用，结合典例辨析信息与能量传递。结构化小结帮助学生构建知识体系，既培养学生联系实际的能力，又为教师提供系统教学资源。

一、能感知地震次声波、远距离出现异常反应的动物分类 地震产生低于 20Hz 的次声波，人耳无法听见，但很多动物听觉范围覆盖次声波频段，即便远离震中也能感知并出现反常行为，主要分为四大类： （一）大型哺乳动物（次声波感知能力最强） 大象 听觉范围约 1Hz～20000Hz，完全覆盖次声波区间，脚掌、象鼻能捕捉地面传播的低频振动。印度洋海啸、多次强震记录中，距离震中上百公里的大象提前躁动、集体向高地逃窜，是感知次声波最典型的动物。 马、牛、驴、羊等家畜 能感知低频次声波，震前会惊慌刨地、挣脱缰绳、不肯进圈、持续嘶叫，即便距离震中很远也会焦躁不安。 （二）猫狗等家养小型哺乳动物 狗 听觉范围 15Hz～65000Hz，可接收次声波。震前狂吠、无故哀嚎、扒门想外出、焦躁乱跑，大量地震记录里，远处居民家的狗提前数小时出现异常。 猫 感知次声波后会躲角落、炸毛、四处乱窜、叼幼崽搬家，行为反常。 （三）穴居爬行、啮齿类动物（对地下次声波振动极敏感） 老鼠 平时白天躲藏，远震前成群白天出洞、不怕人、四处乱窜、叼幼鼠集体迁移。 蛇 冬眠期会反常出洞，哪怕寒冬雪地也会大量爬出洞穴，是远距离地震明显前兆动物。 青蛙、黄鳝 池塘、水田中集体躁动、大规模上岸迁移。 （四）鸟类、水生鱼类 鸡、鸭、鸽子、野鸟 次声波刺激下，鸡不进窝、飞上树；鸽子、鸟类整群惊飞、整夜惊叫不肯归巢。 各类淡水、海水鱼 水体能高效传递次声波，远离震区的鱼塘、海中鱼群疯狂乱游、大量跳出水面。 二、原理详解（结合物理声学） 1. 地震在地壳运动时释放次声波（频率＜20Hz），人耳听觉范围 20Hz～20000Hz，无法感知； 2. 上述动物听觉下限低于 20Hz，可以捕捉到远距离传来的次声波；次声波在地底、水中传播损耗小，能传播数百公里，所以远离震中的动物也会提前察觉； 3. 次声波会刺激动物听觉与神经系统，使其产生恐惧、躁动，出现逃跑、迁移、狂叫等反常行为。 三、补充说明 动物反常不等于一定会发生地震，雷雨、噪音、疾病、气温变化也会让动物躁动；只有大范围、多种类动物同时出现异常，才具备地震参考价值。 ( — 2 — ) ( — 1 — ) 学科网（北京）股份有限公司 $物理八年级全一册 •沪科版 第二章 声的世界 第三节 超声波与次声波 …… 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 1• 明确人耳听觉的频率范围为20Hz至20000Hz，知晓可听声的边界条件。 2• 精准掌握超声波（高于20000Hz）与次声波（低于20Hz）的定义，建立清晰的声学频率分类观念。 02 科学思维 1• 深入理解超声波方向性好、穿透力强、能量集中，以及次声波传播远、衰减小的核心特点与典型应用场景。 2• 学习运用分类归纳、对比分析的物理研究方法，梳理声波特性与应用的关联逻辑。 03 科学探究 1• 通过医学B超检查、工业无损探伤、次声波监测自然灾害等真实案例分析，培养从生活与科技现象中发现并提炼物理知识的能力。 2• 尝试设计简单的声学探究方案，提升观察、分析与解决实际声学问题的探究能力。 04 科学态度与责任 1• 感受声学技术在医疗、工业、环保等领域的应用价值，激发对物理学科的探索兴趣与学习热情。 2• 了解次声波与地震、海啸等自然灾害的关联，树立运用科学知识保护环境、预防灾害的社会责任意识。 教学重难点 教学难点 教学重点 01 核心知识体系构建 ●概念辨析：精准掌握超声波（频率>20000Hz）与次声波（频率<20Hz）的定义，对比两者在传播速度、能量衰减等方面的特性差异。 ●场景应用：结合生活实例，梳理超声波在医疗（B超、超声碎石）、工业（无损探伤）、军事（声呐定位）中的实际应用价值。 02 深度原理与风险认知 ●成像原理：理解超声波“方向性好、穿透能力强、遇界面反射”的物理特性，解释其为何能用于人体内部成像与海底探测。 ●能量危害：剖析次声波与人体器官、建筑结构的“共振效应”，理解其低频高能特性如何引发人体不适甚至破坏建筑物。 课堂引入 01 思考与讨论：狗狗的“异常”行为 当我们身处安静的房间时，家里的小狗却可能突然对着空无一人的角落狂吠，或表现出高度的警惕。这并非它们的错觉，而是因为它们捕捉到了我们无法感知的声音信号。难道真的存在一个人类听不到的“声音世界”吗？这背后藏着怎样的声学奥秘？ 02 课题聚焦：探索人耳听不到的声波 人类的听觉频率范围是有限的（20Hz～20000Hz）。在我们的听觉极限之外，还存在着一个广阔的“无声世界”。本节课，我们将一起走进这个神秘的领域，深入探究频率高于20000Hz的超声波与频率低于20Hz的次声波，了解它们的特性与应用。 🎯 本课目标：认识超声与次声的物理特性，解锁它们在生活、科技和医疗中的独特价值 知识点1 超声波及其应用 探索新知——自然界中的超声波大师 动物界的“声呐专家”——蝙蝠 在伸手不见五指的黑夜，蝙蝠却能灵活穿梭、精准捕食，这一切都归功于它自带的“生物声呐系统”。 作为自然界的超声波大师，蝙蝠在飞行中持续发射人类无法听见的高频超声波。这些声波一旦遇到障碍物（如昆虫、树木或墙壁）便会立即反射。蝙蝠依靠敏锐的听觉捕捉回声，并在大脑中实时构建出一幅精准的“声音地图”，从而瞬间判断出目标的位置、距离、大小甚至运动状态。 01 高频声波发射 每秒发出数十次超声波脉冲，频率远超20kHz的人类听觉上限，如同持续发射的探测信号。 02 回声信号反射 声波遇阻后携带着障碍物的距离、方向、质地等关键信息反弹，成为蝙蝠感知世界的“眼睛”。 03 大脑极速成像与行动决策 蝙蝠的听觉中枢能在千分之一秒内解析回声的细微差异，构建出三维立体的环境模型。这不仅让它能完美避障，更能精准锁定高速飞行的微小飞虫，展现了大自然最精妙的生物工程奇迹。 仿生学之光：人类正是受此启发，发明了雷达和声呐技术，广泛应用于航空航海、地质勘探及医学检查。 探索新知——…… 01 方向性好 如同手电筒的光束，超声波可被聚集成束并定向发射，传播过程中能量不易发散，能够精准地指向目标方向，是实现定位与精准探测的基础。 02 穿透能力强 能穿透人体内部组织、金属构件等多种固体材料，深入物体内部进行探测与成像。这一特性使其成为工业无损探伤和医学超声诊断的核心。 03 能量易聚集 可在狭小空间内汇聚大量声能，形成高强度的能量效应。广泛应用于精密清洗、超声波焊接、医疗碎石等场景，实现高效的能量转化与应用。 核心价值：正是这些独特的物理特性，让超声波在工业检测、医学诊断、精密加工及日常生活中拥有了无可替代的地位，成为现代科技中极具应用潜力的技术之一。 探索新知——超声波的应用（一）：探测与定位 01 声呐 (Sonar) · 深海“眼睛” 向水中发射高频超声波，利用声波的反射特性接收回波。通过计算声波发射与接收的时间差，结合水中声速，精准测算出目标（如海底地形、鱼群、潜艇、暗礁）的方位、距离与形态，是海洋探索与水下导航的核心技术。 02 原理延伸 · 走进日常生活 这一物理原理早已服务于日常： ①汽车倒车雷达：车尾探头发射超声波，实时反馈与障碍物的距离，辅助安全泊车； ②超声盲杖：专为视障人群设计，利用回声感知周边障碍，重塑对空间的感知能力。 💡 核心逻辑：回声定位法超声波探测的本质，是将不可见的声波信号转化为可量化的空间信息。它利用“发射-反射-接收”的闭环，实现了对“不可见环境”的精准感知。从深海探测到日常出行辅助，这一原理是物理学赋能科技与生活的生动体现。 探索新知——超声波的应用（二）：医学影像 01. B超检查的成像原理 将超声波探头贴于人体表面发射声波，当声波遇到体内不同组织的交界面（如脏器、骨骼、体液）时会发生反射。探头接收这些携带内部结构信息的回波，通过计算机对信号进行数字化处理与图像重建，最终在显示屏上形成清晰的人体内部断层影像。 02. B超技术的核心优势 具备无创、无辐射、安全性高的特点，是孕期产检与常规体检的首选。操作便捷且可实时动态观察，能反复检查无副作用；同时成本相对低廉，对软组织分辨力强，可清晰呈现脏器形态与活动状态，是临床诊断的重要工具。 临床应用场景拓展 除了广为人知的产科胎儿检查，B超还广泛应用于腹部脏器（肝、胆、胰、脾、肾）、心血管系统（心脏、血管彩超）及浅表器官（甲状腺、乳腺、眼部）的检查。它能帮助医生快速发现肿瘤、结石、积液等病变，实时监测器官功能状态，为疾病的早期筛查、诊断与疗效评估提供了直观且可靠的依据。 探索新知——超声波的应用（三）：工业与其他 01 工业探伤：材料“体检师” 利用超声波强大的穿透能力，深入金属、混凝土等内部结构。 如同给材料做“B超”，精准探测内部的裂缝、气泡或杂质缺陷，是确保桥梁、机械、建筑工程质量与安全的“火眼金睛”。 02 超声清洗：微观“清洁工” 基于“空化效应”，超声波在液体中激荡产生微小气泡。 气泡破裂瞬间释放的冲击力能剥离物体表面的顽固污垢，特别适合清洗眼镜、首饰、精密仪器等传统方式难以触及的细微缝隙。 03 杀菌消毒：安全“防护盾” 利用超声波的能量效应破坏细菌、病毒的细胞结构。 在食品加工、医疗器械清洗等领域，实现高效、无化学残留的绿色消毒，是保障卫生安全的重要技术手段。 核心启示：超声波之所以能在这些领域大显身手，核心在于它能将声能高效转化为机械能，并具备极强的穿透性与方向性，让“看不见的声波”发挥出看得见的实用价值。 典例分析 例1 随着科学技术和社会的发展，超声波已广泛应用于各个领域。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．用超声波给金属工件探伤 C．用超声波清洗眼镜片 D．用超声波除去人体内的结石 【解析】A．用超声波电动牙刷刷牙，这是利用超声波传递能量的，故A不符合题意； B．用超声波给金属工件探伤，这是利用超声波传递信息的，故B符合题意； C．用超声波清洗眼镜片，这是利用超声波传递能量的，故C不符合题意； D．用超声波除去人体内的结石， 这是利用超声波传递能量的，故D不符合题意。 故选B。 B 知识点2 次声波及其作用 探索新知——次声波从何而来？ 01 自然界的“怒吼” · 天然能量源 火山爆发与地震 地壳剧烈运动、板块挤压碰撞，瞬间释放巨大能量，是次声波的主要天然来源。 海啸冲击 海底地震或火山诱发的大规模水体运动，形成具有极强穿透力的次声波。 风暴与台风 大气剧烈扰动形成的强风系统，空气柱的低频振动辐射出强烈次声波。 其他自然现象 雷电、极光活动、大型瀑布冲击等，也会伴随不同强度的次声波产生。 探索新知——次声波从何而来？ 02 人类活动的“巨响” · 人造能量震荡 核爆炸与军事试验 剧烈的核反应释放出毁天灭地的能量，产生的次声波强度极大，可绕地球传播数圈。 航空航天发射 火箭推进器的巨大推力引发地面和空气的强烈震动，产生大功率的低频声波。 超音速飞行 飞机突破音障时产生的冲击波，以及喷气式引擎的持续低频振动。 工业与工程爆破 大型建筑拆除、矿山开采爆破、重型机械（如打桩机）的持续振动。 核心洞察：次声波的产生总是伴随着大规模的能量释放。无论是地球内部的地质运动，还是人类制造的巨大能量震荡，都会激起这种人耳听不到却能量巨大的声波。这也让次声波成为了监测自然灾害和特定人类活动的“无形之眼”。 探索新知——次声波的特点与应用 01 次声波的三大核心特点 01 来源广泛，无处不在 自然现象（地震、火山、风暴）与人为活动（工业运转、交通轰鸣）均能产生次声波，覆盖范围遍布全球，几乎无孔不入。 02 能量损耗小，传播极远 传播过程中能量衰减极慢，穿透力强，可在大气、海洋中传播数千公里，甚至能绕地球数圈，远超普通声波的传播距离。 03 波长极长，绕射能力强 波长可达数百米甚至数千米，远超一般障碍物尺寸，因此能轻易绕过山脉、建筑、森林等，不受地理环境的显著阻挡。 02 次声波的重要应用领域 自然灾害监测与预警系统 地震、海啸、台风等灾害发生前，地壳或大气的剧烈运动会辐射次声波。通过监测次声波的异常波形与强度，可捕捉到常规手段难以发现的早期信号，为防灾减灾争取宝贵的预警时间。 气象探测与国防安全监测 可用于探测大气中的风暴形成、大规模气象变化；在国防领域，次声波监测站能有效捕捉远距离的核爆炸、火箭发射等特殊信号，是远程监测与情报收集的重要技术手段。 探索新知——隐形的杀手：次声波的破坏力 次声波是频率低于20Hz的声波，它传播损耗小、穿透力极强，能绕过障碍物远距离传播。看似“听不见”，却蕴藏着足以摧毁物体结构、威胁生命安全的巨大能量。 01 对物体：物理结构的毁灭性冲击 次声波能引发强烈的共振效应，对各类物体造成不可逆的破坏： •工业设备：导致精密仪器失灵、机械部件疲劳断裂； •航空航天：干扰飞行系统，极端情况下引发飞机解体； •建筑设施：使桥梁、高楼等大型结构共振加剧，最终垮塌损毁。 02 对人体：隐蔽的生理共振伤害 人体器官的固有频率与次声波频段重叠，极易引发共振： •轻度不适：破坏平衡感，出现恶心、晕眩、耳鸣等症状； •中度损伤：干扰神经系统，造成头痛、心悸、视力模糊； •致命后果：高强度次声可致内脏器官破裂出血，瞬间危及生命。 ⚠ 特别警示：次声波的危害具有极强的隐蔽性，人耳无法直接察觉，因此在工业生产和特殊环境中，必须建立完善的监测与防护机制。 知识拓展——谁能听到“无声”的世界？ 声音的频率决定了谁能“听见”它。人类的听觉范围并非宇宙的全部，许多动物拥有远超我们的听觉“超能力”。 生物种类 发声频率范围 (Hz) 听觉频率范围 (Hz) 人类 85 ~ 1,100 20 ~ 20,000 (关键阈值) 蝙蝠 10,000 ~ 120,000 1,000 ~ 120,000 (超声波专家) 大象 8 ~ 35 (次声波) 1 ~ 20,000 (感知极低频) 海豚 7,000 ~ 120,000 150 ~ 150,000 (高频感知者) 📢 频率差异的秘密 低于20Hz的为次声波，高于20,000Hz的为超声波。人类听不到，但蝙蝠、海豚利用超声波导航，大象利用次声波远距离交流。 ⚠️ 动物的“自然灾害预警” 地震、海啸前会产生大量次声波。狗、大象等能捕捉到这些人类无感的信号，表现出焦躁不安或集体迁徙的异常行为。 探索新知——隐形的杀手：次声波的破坏力 典例分析 例2 地震是一种常见的自然灾害。发生地震时，被困人员可以敲击周围坚硬物体求救。下列说法错误的是（　　） A．地震时会产生超声波 B．声音可以传递信息 C．声音在固体中传播更快 D．声音的传播需要介质 【解析】A．地震时会伴随有低频的振动，产生次声波，故A错误，符合题意； B．被困人员通过敲击方式求救主要是利用声音可以传递信息，故B正确，不符合题意； CD．被困人员通过敲击方式求救，由于声音的传播需要介质、声音在固体中传播更快，故CD正确，不符合题意。 故选A。 A 典例分析 例3 下列事例中，属于使用次声的是（    ） A．用声呐技术测海底深度 B．蝙蝠确定目标的方向和距离 C．海豚判断物体的位置和大小 D．预报海啸、台风 【解析】A．声呐利用的是超声波，故A不符合题意； B．蝙蝠可以发出超声波，并进行回声定位，故B不符合题意； C．海豚可以发出超声波，通过回声定位来判断物体的位置和大小，故C不符合题意； D．在海啸、台风、火山喷发、地震等灾害来临前会发出次声波，故D符合题意。 故选D。 D 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 探究新知 1. 你认为很静，没有任何声音时，狗却突然表现得非常警惕，这很可能是因为（　　）。 A. 狗能准确辨认声源的位置 B. 狗的发声频率范围比人的大 C. 狗的听觉频率范围比人的大 D. 同样的声音狗听起来响度大 C 【解析】人耳听觉范围：20Hz～20000Hz；狗的听觉范围远大于人，能听到低于20Hz的次声波、高于20000Hz的超声波，这些声音人无法感知。 A. 辨认声源位置和 “人听不到、狗能听见” 无关，错误； B. 该题是听声音，不是狗发声，和发声频率无关，错误； C. 狗听觉频率范围比人大，能听到人耳听不到的超声 / 次声，所以人觉得安静，狗却察觉声音并警惕，正确； D. 不是同一种声音响度差异，是人根本接收不到该声波，错误。 课堂练习 探究新知 2. 我们做 B 超检查时听不到 B 超探头发出的声音，这是因为 B 超探头发出的声音 ________________________________________________________。 频率高于 20000Hz，属于超声波，超出了人耳的听觉范围 【解析】人耳能听到声音的频率范围是 20Hz～20000Hz； 频率高于 20000Hz 的声波叫做超声波，频率低于 20Hz 的声波叫做次声波； B 超利用超声波成像，超声波频率超过 20000Hz，不在人耳听觉范围内，因此我们听不到探头发出的声音。 课堂练习 探究新知 3. 蝙蝠利用超声波的回声确定障碍物或飞虫的位置和距离。科学家根据这一原理发明了_____________ 。利用这种技术，人们可以探知海洋的深度，获得鱼群或潜艇的信息。 声呐 【解析】原理：蝙蝠依靠发射超声波、接收回声定位，该仿生原理被应用制成声呐。 用途：声呐可以向水下发射超声波，通过接收反射回来的回声，计算传播时间，推算海洋深度、探测鱼群、追踪潜艇。 补充：类似仿生应用还有倒车雷达，同样利用超声波回声定位。 课堂练习 探究新知 4. 人们对人耳听不到的声波有如下应用：① 声呐；② 击碎结石；③ 探伤；④ B 超；⑤ 遥测核爆炸。其中，与超声波有关的是：___________；与次声波有关的是：_________。 ①②③④ 【解析】超声波：频率＞20000Hz ①声呐：水下超声波回声测距； ②击碎结石：超声波高能量振动击碎体内结石； ③探伤：超声波穿透金属，检测工件内部裂痕； ④B 超：医用超声波成像检查人体器官。 次声波：频率＜20Hz ⑤遥测核爆炸：核爆炸会产生强大次声波，可远距离监测。 ⑤ 课堂练习 探究新知 5. 地震时会产生次声波。有些远离地震中心的动物可以接收到次声波，并有所反应。查阅资料，了解在远离地震中心的地方能感觉到地震的有哪些动物。 课堂练习 探究新知 6. 超声波在海水中的传播速度约 1 500 m/s。用超声波测位仪竖直向海底发射超声波，经过 6 s 收到海底返回的声波，则该处海深是多少米？ 【解析】解：声音往返总路程 海水深度为单程距离： 答：该处海深为4500米。 4500 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 1. 完成教材课后相关习题，巩固基础知识点； 2. 梳理本节课“超声波与次声波”的核心概念，形成知识框架。 自主探究 1. 查阅资料：探究哪些动物能感知地震前的次声波，分析其感知原理； 2. 科学思考：利用B超观察胎儿时，超声波对孕妇和胎儿是否有不良影响？结合声波特性尝试解释原因。 谢谢聆听 谢谢聆听 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) 一、能感知地震次声波、远距离出现异常反应的动物分类 地震产生低于 20Hz 的次声波，人耳无法听见，但很多动物听觉范围覆盖次声波频段，即便远离震中也能感知并出现反常行为，主要分为四大类： （一）大型哺乳动物（次声波感知能力最强） 大象 听觉范围约 1Hz～20000Hz，完全覆盖次声波区间，脚掌、象鼻能捕捉地面传播的低频振动。印度洋海啸、多次强震记录中，距离震中上百公里的大象提前躁动、集体向高地逃窜，是感知次声波最典型的动物。 马、牛、驴、羊等家畜 能感知低频次声波，震前会惊慌刨地、挣脱缰绳、不肯进圈、持续嘶叫，即便距离震中很远也会焦躁不安。 （二）猫狗等家养小型哺乳动物 狗 听觉范围 15Hz～65000Hz，可接收次声波。震前狂吠、无故哀嚎、扒门想外出、焦躁乱跑，大量地震记录里，远处居民家的狗提前数小时出现异常。 猫 感知次声波后会躲角落、炸毛、四处乱窜、叼幼崽搬家，行为反常。 （三）穴居爬行、啮齿类动物（对地下次声波振动极敏感） 老鼠 平时白天躲藏，远震前成群白天出洞、不怕人、四处乱窜、叼幼鼠集体迁移。 蛇 冬眠期会反常出洞，哪怕寒冬雪地也会大量爬出洞穴，是远距离地震明显前兆动物。 青蛙、黄鳝 池塘、水田中集体躁动、大规模上岸迁移。 （四）鸟类、水生鱼类 鸡、鸭、鸽子、野鸟 次声波刺激下，鸡不进窝、飞上树；鸽子、鸟类整群惊飞、整夜惊叫不肯归巢。 各类淡水、海水鱼 水体能高效传递次声波，远离震区的鱼塘、海中鱼群疯狂乱游、大量跳出水面。 二、原理详解（结合物理声学） 1. 地震在地壳运动时释放次声波（频率＜20Hz），人耳听觉范围 20Hz～20000Hz，无法感知； 2. 上述动物听觉下限低于 20Hz，可以捕捉到远距离传来的次声波；次声波在地底、水中传播损耗小，能传播数百公里，所以远离震中的动物也会提前察觉； 3. 次声波会刺激动物听觉与神经系统，使其产生恐惧、躁动，出现逃跑、迁移、狂叫等反常行为。 三、补充说明 动物反常不等于一定会发生地震，雷雨、噪音、疾病、气温变化也会让动物躁动；只有大范围、多种类动物同时出现异常，才具备地震参考价值。 ( — 2 — ) ( — 1 — ) $