第三节 超声波与次声波（导学案）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理导学案聚焦超声波与次声波，涵盖频率界定、特点、应用及动物听觉范围等核心知识点。通过蝙蝠导航、B超检查等情境引入，衔接可听声知识，搭建从已知到未知的学习支架。 导学案以自主预习与课堂探究结合，设置讨论交流和例题分析，培养科学思维与推理能力。习题联系地震预警、导盲杖等实际场景，含归纳整理图示，提升物理观念与科学探究素养，助力学生学以致用。

第三节 超声波与次声波（导学案） 【学习目标】 1．知道人耳的听觉频率范围，明确超声波与次声波的频率界定标准。 2．了解超声波的核心特点，掌握超声波在生产、医疗、科技领域的具体应用，能区分声波传递信息与传递能量的两类实例。 3．了解次声波的产生来源、传播特性，知道次声波的灾害预警作用与强次声波的危害。 4．了解人与常见动物的发声、听觉频率范围，能解释自然灾害前动物异常反应的原因，提升运用声学知识分析实际问题的能力。 【学习重点】1．超声波与次声波的频率范围界定；2．超声波的特点与生产生活应用；3．次声波的监测预警作用与危害。 【学习难点】1．区分声音传递信息与传递能量的应用场景；2．超声波回声测距的相关计算；3．结合频率范围解释动物的听觉异常现象。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．多数人能听到的声波频率范围约为20~20000Hz；人们把频率高于 20000 Hz 的声波称为超声波，简称超声。 2．蝙蝠可利用超声波进行导航；根据回声定位的原理，人们发明了声呐，可用来探测海底深度、鱼群与潜艇位置等。 3．超声波具有方向性好、穿透能力强、易于获得较集中的声能等特点，在生产、医疗和科学研究中被广泛应用。 4．医院里的 B 超检查是利用超声波观察人体内部器官；工业上的超声探伤仪可以探测金属内部缺陷，这些都利用了声波传递信息。 5．频率低于 20 Hz 的声波称为次声波，简称次声；火山爆发、地震、海啸等自然灾害都能产生次声波。 6．人们可以利用次声波进行灾害监测预警；能量很大的次声波具有极大的破坏力，会损坏设备、危害人体健康。 7．从人与动物的听觉频率范围对比可知，狗、蝙蝠、海豚等动物的听觉频率范围比人更宽（选填 “宽” 或 “窄”）。 8．超声波既能传递信息，也能传递能量，例如利用超声波击碎人体内的结石，就是利用了声波的这一特性。 【课堂探究】 探究一、超声波及其应用 【情境引入】蝙蝠在夜间飞行不会撞到障碍物，还能精准捕捉飞虫；医院里的 B 超可以清晰观察胎儿的发育情况，这些场景的背后，都离不开人耳无法直接感知的超声波。 【核心梳理】 1．频率界定：物理学中，把频率高于 20000 Hz 的声波叫做超声波，简称超声。 2．超声波的特点：方向性好、穿透能力强、易于获得较集中的声能。 3．回声定位原理：蝙蝠飞行时发出超声波，超声波碰到障碍物或猎物后反射回来，蝙蝠根据回声的方位和时间，确定目标的位置与距离，这一原理叫做回声定位。科学家仿照这一原理发明了声呐。 4．超声波的应用分类 传递信息：声呐探测海底深度、暗礁、鱼群与潜艇；倒车雷达、超声导盲杖辅助定位；B 超检查人体内脏与胎儿发育；超声探伤检测金属零件内部缺陷。 传递能量：超声波清洗精密仪器与眼镜；超声波对医疗器械、食物杀菌消毒；超声波击碎人体内的结石。 【讨论交流】 1．请判断下列应用分别利用了超声波传递信息还是能量：①超声波清洗眼镜 ②超声导盲杖 ③超声波碎石 ④超声金属探伤 利用超声波传递能量：①超声波清洗眼镜、③超声波碎石； 利用超声波传递信息：②超声导盲杖、④超声金属探伤。 2．为什么超声波适合用于探测和定位，而普通的可听声不适合？ 超声波具有方向性好、沿直线传播、穿透能力强的特点，遇到障碍物后反射信号清晰稳定，便于精准判断目标的位置和距离；而普通可听声方向性差、传播时容易发散，反射信号弱且杂乱，无法满足精准探测定位的需求，因此超声波更适合用于探测和定位。 【例题1】超声波指纹识别技术通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并对接收到的反射波进行分析得出指纹信息，进行比对解锁。以下各项应用与此原理不同的是（　　） A．科技工作者利用声呐探测海底深度 B．医生利用超声波击碎人体内的结石 C．技工利用超声波给金属工件探伤 D．汽车倒车雷达利用超声波探明车后情况 【答案】B 【解析】超声波指纹识别技术通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并对接收到的反射波进行分析得出指纹信息，进行比对解锁，是利用声传递信息。 ACD．声呐探测海底深度、给金属工件探伤、利用超声波探明车后情况，都是利用超声波传递信息，故ACD不符合题意； B．利用超声波击碎人体内的结石，说明声可以传递能量，故B符合题意。 故选B。 探究二、次声波及其作用 【情境引入】地震、海啸发生前，常会出现老鼠出洞、家畜焦躁不安等动物异常反应，人类却毫无察觉。这是因为自然灾害发生时会伴随产生人耳听不到的次声波，而很多动物可以感知到。 【核心梳理】 1．频率界定：频率低于 20 Hz 的声波叫做次声波，简称次声。 2．次声波的特点：来源广泛、传播距离远、能轻易绕过大型障碍物。 3．次声波的产生来源 自然来源：火山爆发、地震、海啸、台风、龙卷风、雷暴等灾害性自然现象。 人为来源：核爆炸、导弹发射等大型人工活动。 4．次声波的应用与危害 应用：通过监测次声波可以预报火山爆发、台风、地震等自然灾害，也可用于遥测核爆炸的位置与强度。 危害：能量巨大的次声波破坏力极强，能造成机器设备破裂、飞机解体、建筑物垮塌；强次声会破坏人体平衡器官，引发恶心、晕眩，严重时会导致内脏破裂出血，危及生命。 【讨论交流】 1．为什么地震、海啸等自然灾害发生前，很多动物会提前出现异常反应，而人类却感知不到？ 地震、海啸等自然灾害发生前，会伴随产生频率低于 20 Hz 的次声波。人类的听觉频率范围是 20~20000 Hz，无法感知次声波；而很多动物的听觉频率范围更宽，能够接收到次声波，提前感知到危险，因此会出现焦躁不安、四处逃窜等异常反应。 2．次声波能绕过障碍物传播很远的距离，这一特点对次声波的灾害监测预警有什么优势？ 次声波能绕过障碍物、传播距离远的特点，让灾害监测不需要密集布设监测站点，少量监测点就能覆盖广阔的区域；即使有山脉、建筑物等遮挡，次声波也能绕过障碍传播并被监测到，大幅提升了灾害预警的覆盖范围和监测的可靠性，便于实现远距离、大范围的灾害预警。 【例题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 【答案】A 【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。 探究三、声波频率范围与综合辨析 【情境引入】安静的房间里人听不到任何声音，狗却突然竖起耳朵变得警惕；大象可以在相隔数千米的距离外相互交流，人类却听不到它们的 “对话”，这些差异都源于不同生物的听觉频率范围不同。 【核心梳理】 1．人与常见动物的频率范围对比 人：发声频率 85~1100 Hz，听觉频率 20~20000 Hz。 蝙蝠：发声与听觉均覆盖超声波范围，依靠回声定位完成夜间活动。 大象：发声以次声波为主，可依靠次声波进行远距离群体交流。 狗、海豚：听觉频率范围远宽于人类，能听到人耳无法感知的超声波或次声波。 2．声波分类总结 次声波：频率低于 20 Hz，人耳无法感知，传播距离远、强次声破坏力大。 可听声：频率在 20~20000 Hz 之间，是人耳可以感知的声音范围，包含乐音与噪声。 超声波：频率高于 20000 Hz，人耳无法感知，方向性好、穿透能力强。 【讨论交流】 1．大象之间可以在很远的距离外相互交流，人类却听不到它们的交流 “声音”，请解释其中的原因。 大象之间交流依靠的是频率低于 20 Hz 的次声波，次声波不在人耳的听觉频率范围（20~20000 Hz）内，因此人类听不到大象的交流声；同时次声波传播距离远、能量损耗小，非常适合大象之间进行远距离的群体沟通。 2．有人说 “超声波和次声波都不是声音，因为人耳都听不到”，这种说法对吗？请说明理由。 这种说法不对。声音的本质是物体振动产生的机械波，超声波和次声波都是由物体振动产生的声波，只是振动频率超出了人耳的听觉范围，人类无法直接听到，但它们本质上依然属于声音，具备声波的所有特性。 【例题3】如图所示，是人和蝙蝠的听觉频率范围，下列说法正确的是（   ） A．人有可能听到频率为10kHz的声波 B．人不可能听得到乙图的声波 C．200Hz的声波只要振幅足够大，蝙蝠有可能听得见 D．地震、海啸的预警中利用了频率高于20000Hz的超声波来传递信息 【答案】A 【解析】A．由图可知，人耳的听觉频率范围是，所以人有可能听到频率为10kHz（）的声波，故A正确； B．乙图的声波每毫秒振动一次，频率为 人耳的听觉频率范围是，所以人能听得到乙图的声波，故B错误； C．由图可知，蝙蝠的听觉频率范围是，所以蝙蝠听不见200Hz的声波，故C错误； D．地震、海啸的预警中利用了频率低于20Hz的次声波来传递信息，故D错误。 故选A。 【归纳整理】 第三节 超声波与次声波 【课堂练习】 1．据下图分析，下列说法正确的是（　　） A．大象之间的“交谈”人都可以听见 B．静谧的夜晚我们身边的狗有时突然耳朵一竖并转动几下，这可能是狗听到了人听不见的声音 C．家人之间说悄悄话，身边的狗无动于衷，因为悄悄话狗听不见 D．因为大象的听觉频率和狗的发声频率没有重叠区，所以狗的叫声大象永远也听不见 【答案】B 【解析】A．大象发出的声音的频率范围有一部分不在人的听觉频率范围之内，故A错误； B．狗的听觉频率范围是，人的听觉频率范围是，因此狗能听到人听不见的声音，故B正确； C．人发声的频率范围是，狗的听觉频率范围是，人说悄悄话狗是能听见的，故C错误； D．大象的听觉频率范围是，而狗的发声频率范围是，因此大象是能够听到狗的叫声的，故D错误。 故选B。 2．关于声的利用，下列说法正确的是（   ） A．倒车雷达是利用了次声波来识别障碍 B．蝙蝠靠超声波发现昆虫 C．地震海啸火山喷发等自然灾害往往会伴随超声波的产生 D．“B超”诊断病情是利用声传递能量 【答案】B 【解析】A．倒车雷达是利用超声波来区分障碍物的距离，利用了超声波传递信息，故A错误； B．蝙蝠在飞行时能够发出超声波，超声波碰到蛾子、蚊子等昆虫或其它的障碍物反射回来，蝙蝠根据反射回来的超声波就可以对前方的物体做出判断，故B正确； C．地震、海啸、火山喷发等自然灾害往往会伴随次声波的产生，故C错误； D．声波既可以传递信息又可以传递能量，“B超”诊断病情是利用超声波传递信息，故D错误。 故选B。 3．某品牌新能源汽车配备自动泊车系统，其原理是通过车身周围的超声波传感器发射超声波，根据反射信号判断周边障碍物的距离。下列相关说法正确的是（　　） A．超声波传感器利用了声波传递能量 B．自动泊车系统的提示音“嘀嘀”声属于超声波 C．超声波在空气中的传播速度大于次声波的传播速度 D．该系统与蝙蝠飞行的定位原理相同 【答案】D 【解析】A．超声波传感器是利用声波传递信息来判断周边障碍物的距离，而非传递能量，故A错误； B．人耳能听到自动泊车系统的提示音“嘀嘀”声，说明其频率在人耳听觉范围内，不属于超声波，超声波是频率高于20000Hz的声波，人耳听不到，故B错误； C．超声波和次声波在空气中的传播速度相同，声速只与介质和温度有关，与声波的频率无关，故C错误； D．该自动泊车系统通过超声波传感器发射和接收超声波来判断障碍物距离，蝙蝠飞行也是通过发出超声波，根据反射波来定位，二者原理相同，故D正确。 故选D。 4．我国的南海海域，齿鲸发出的巨大的超声波震晕一群小鱼，在齿鲸旁观察的潜水员却没有听到齿鲸发出的声音，下列说法正确的是（   ） A．该声音响度大、频率高 B．该声音靠空气传播给潜水员 C．说明声能传递信息 D．该声音在人耳听觉频率范围内 【答案】A 【解析】A．齿鲸发出巨大的超声波能震晕小鱼，“巨大” 表明声音响度大，“超声波” 说明频率高于 20000Hz，频率高，故A正确； B．齿鲸在海水中，声音是靠海水传播，而非空气传播给潜水员，故B错误； C．齿鲸发出超声波震晕小鱼，体现的是声能传递能量，并非传递信息，故C错误； D．超声波频率高于 20000Hz，超出人耳听觉频率范围（20Hz-20000Hz），所以潜水员听不到，故D错误。 故选A。 5．雄蝉腹部的鸣管会不断振动发声，如图某种蝉1分钟鸣管振动了36000次，则蝉鸣叫的频率为______Hz，人耳______（选填“能”或“不能”）听到该种蝉鸣声，原因是______。 【答案】 600 能 人耳听觉频率范围为20~20000Hz 【解析】[1]蝉1分钟鸣管振动了36000次，则蝉鸣叫的频率 [2][3]人耳的听觉频率范围是20~20000Hz，该种蝉鸣声的频率在此范围内，所以人耳能听到该种蝉鸣声。 6．2023年12月18日晚，甘肃发生6.2级地震，西安有轻微震感，此次地震给人民群众的生命财产造成了重大损失。地震会产生__________（选填“次声波”或“超声波”），频率___________（填“低于”或“高于”）20Hz，超出了人类听觉的范围；利用超声波还可除去人体的碎石，是因为声波可以传递___________。 【答案】 次声波 低于 能量 【解析】[1]地震产生的是次声波。次声波是频率低于20Hz的声波，具有传播距离远、穿透力强的特点。 [2]人类能听到的声波频率范围是20Hz-20000Hz。次声波的频率低于20Hz，因此人耳无法直接听到。 [3]超声波在医学上可用于碎石治疗，这是因为超声波具有能量传递的特性。当超声波聚焦在结石上时，其携带的能量能使结石破碎。 7．如图甲所示，将眼镜放在超声波清洗机中清洗时，眼镜上的污垢振动频率至少大于________Hz，人耳听到超声波清洗机工作时发出“嗡嗡”的声音，这_______（选填“是”或“不是”）超声波。人们利用超声波成像技术发明了超声检测仪，利用其可以观察母体内胎儿的情况，如图乙所示，这说明声波可以传递_________。 【答案】 20000 不是 信息 【解析】[1][2]振动频率高于20000Hz的声波是超声波，将眼镜放在超声波清洗机中清洗时，眼镜上的污垢振动频率至少大于20000Hz；人耳能听到的频率范围为，人耳听到超声波清洗机工作时发出“嗡嗡”的声音，这不是超声波，人耳不能听到超声波。 [3]声波可以传递信息和能量，如图乙所示，利用其可以观察母体内胎儿的情况，这说明声波可以传递信息。 8．渔民为了测量鱼群与渔船的距离向鱼群发射超声波，经14s收到回波信号，鱼群距离渔船___________m（声音在海水中的传播速度为1500m/s）。这种方法___________（选填“能”或“不能”）用来测量地球和月球之间的距离。 【答案】 1.05×104 不能 【解析】[1]超声波从发出传到鱼群的时间 则鱼群到渔船的距离 [2]由于地球与月球之间是真空，而声音不能在真空中传播，因此这种方法不能用来测量地球和月球之间的距离。 9．用雷达测定某云层的厚度的过程中记录了下列数据：从地面垂直向云层发射一束超声波，同时开始计时，经过16s收到第一次回声，经过18s收到第二次回声，已知超声波在空气中的传播速度是340m/s，在云层中的平均传播速度约为1000m/s。求： (1)云层距地面高度； (2)云层的厚度。 【答案】(1)2720m；(2)1000m 【解析】（1）云层距地面高度为 （2）声音在云层中传播的时间为 云层的厚度为 10．根据回声定位的原理，科学家发明了声呐，利用声呐系统，人们可以探知海洋的深度，绘出水下数千米处的地形图。若用超声测位仪向海底垂直发射声波，如图所示，经过4s后收到回波。（ 已知声音在海水中传播速度是1500m/s）求： (1)声音在4s内传播的距离； (2)此处海水有多深？ 【答案】(1)6000m；(2)3000m 【解析】（1）根据的变形公式可知，声音在4s内传播的距离 （2）超声波在此过程中“一去一回”，所以海水的深度等于声音传播距离的一半，即此处海水深度 11．如图1的导盲杖说明书如表所示，导盲杖发出的声遇到障碍物后反射回来，手柄接收回波后通过振动提醒盲人前方有障碍物。人、蝙蝠发声和听觉频率范围如图2所示。（15℃时声速为340m/s） 说明书（节选） 声频率 40000Hz 与障碍物距离/m 1-1.5 0.5~1 0~0.5 手柄每秒振动次数 1 2 3 (1)导盲杖发出的是___________（选填“超声波”或“次声波”）； (2)导盲杖主要利用了声可以传递___________（选填“信息”或“能量”）； (3)若气温15℃时导盲杖发出声后0.005s接收到回波，则它与障碍物的距离是___________m。根据表中信息推断此时导盲杖手柄每秒振动___________次； (4)蝙蝠___________（选填“能”或“不能”）发出与导盲杖相同频率的声波。 【答案】(1)超声波；(2)信息；(3)0.85 2；(4)能 【解析】（1）超声波的频率大于20000Hz，由表格数据可知，导盲杖发出的声音频率为40000Hz，为超声波。 （2）声音可以传递信息和能量，盲杖主要利用了声可以传递信息。 （3）[1][2]若气温15℃时导盲杖发出声后0.005s接收到回波，则它与障碍物的距离是 由表格可知，此时导盲杖手柄每秒振动2次。 （4）由图可知，蝙蝠的发声频率为10000~120000Hz，导盲杖的发声频率为40000Hz，因此蝙蝠能发出与导盲杖相同频率的声波。 12．请阅读下列材料，回答下题： 超声波指纹识别技术 传统指纹识别TouchID已成为智能手机的标配。随着黑科技超声波指纹识别技术SenserID的出现，屏下指纹的全面屏手机变得越来越普及。 与传统指纹识别不同，超声波指纹识别技术是通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射超声波分析得出指纹的信息，进行比对解锁。 超声波是频率超过人类听觉上限的声波，具有较强的穿透能力，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料等。此外，超声波扫描能够不受手指上可能存在的污物影响，例如汗水、护手霜或凝露等，从而提供一种更稳定、更精确的认证方法。 (1)超声波是指频率高于__________Hz的声波； (2)大自然的许多活动，如地震、火山爆发、台风、海啸等，都伴有__________波的产生； (3)SenserID系统能置于手机内部，可以让超声波透过屏幕进行指纹识别，是因为超声波具有__________的特点； (4)超声波指纹识别是通过声波获取指纹的信息，以下各项应用与此不同的是 。 A．科技工作者利用声呐探测海底深度 B．技工利用超声波给金属工件探伤 C．医生利用超声波除去人体内的结石 D．渔民利用声呐探测海中鱼群 (5)SenserID系统利用了仿生学原理，它模仿了下列哪个生物 ； A．蝙蝠 B．大象 C．青蛙 D．猫 (6)SenserID系统能向手指上若干个位置发射超声波，如图可知贴在手机屏幕上的一部分指纹的大致形状，可以检测到被手指反射的信号所需的时间相同的两个点是__________。 【答案】(1)20000；(2)次声；(3)穿透能力强；(4)C；(5)A；(6)BD（或AC） 【解析】（1）人耳的听觉范围20Hz至20000Hz，高于20000Hz的声音属于超声波，人耳听不到，低于20Hz属于次声波，人耳也听不到。 （2）地震、火山爆发、台风、海啸等，都伴有次声波的产生，可据此监测这些自然灾害。 （3）超声波具有穿透力强的特点，所以可以让超声波透过屏幕进行指纹识别。 （4）超声波指纹识别是通过声波获取指纹的信息，即利用了声可以传递信息。 A．科技工作者利用声呐探测海底深度，利用声音可以传递信息，故A不符合题意； B．技工利用超声波给金属工件探伤，利用声音可以传递信息，故B不符合题意； C．医生利用超声波除去人体内的结石，利用声音可以传播能量，故C符合题意； D．渔民利用声呐探测大海鱼群，利用声音可以传递信息，故D不符合题意。 故选C。 （5）SenserID系统运用仿生学原理，其核心功能模仿了蝙蝠的回声定位系统。蝙蝠利用超声波回声进行导航和定位，SenserID系统也借鉴了这一机制，实现环境感知和导航，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 （6）超声波的传播速度一定，距离越远，则接收到的超声波所用的时间越长；距离相同，则接收到的超声波所用的时间相同，结合图可以检测到被手指反射的信号所需的时间相同的两个点是（或）。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 超声波与次声波（导学案） 【学习目标】 1．知道人耳的听觉频率范围，明确超声波与次声波的频率界定标准。 2．了解超声波的核心特点，掌握超声波在生产、医疗、科技领域的具体应用，能区分声波传递信息与传递能量的两类实例。 3．了解次声波的产生来源、传播特性，知道次声波的灾害预警作用与强次声波的危害。 4．了解人与常见动物的发声、听觉频率范围，能解释自然灾害前动物异常反应的原因，提升运用声学知识分析实际问题的能力。 【学习重点】1．超声波与次声波的频率范围界定；2．超声波的特点与生产生活应用；3．次声波的监测预警作用与危害。 【学习难点】1．区分声音传递信息与传递能量的应用场景；2．超声波回声测距的相关计算；3．结合频率范围解释动物的听觉异常现象。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．多数人能听到的声波频率范围约为____________Hz；人们把频率高于 20000 Hz 的声波称为______，简称超声。 2．蝙蝠可利用______进行导航；根据回声定位的原理，人们发明了______，可用来探测海底深度、鱼群与潜艇位置等。 3．超声波具有____________、____________、易于获得较集中的声能等特点，在生产、医疗和科学研究中被广泛应用。 4．医院里的 B 超检查是利用______观察人体内部器官；工业上的超声探伤仪可以探测金属内部缺陷，这些都利用了声波传递______。 5．频率低于 20 Hz 的声波称为______，简称次声；火山爆发、地震、海啸等自然灾害都能产生______。 6．人们可以利用次声波进行灾害____________；能量很大的次声波具有极大的______，会损坏设备、危害人体健康。 7．从人与动物的听觉频率范围对比可知，狗、蝙蝠、海豚等动物的听觉频率范围比人更______（选填 “宽” 或 “窄”）。 8．超声波既能传递信息，也能传递______，例如利用超声波击碎人体内的结石，就是利用了声波的这一特性。 【课堂探究】 探究一、超声波及其应用 【情境引入】蝙蝠在夜间飞行不会撞到障碍物，还能精准捕捉飞虫；医院里的 B 超可以清晰观察胎儿的发育情况，这些场景的背后，都离不开人耳无法直接感知的超声波。 【核心梳理】 1．频率界定：物理学中，把频率高于 20000 Hz 的声波叫做超声波，简称超声。 2．超声波的特点：方向性好、穿透能力强、易于获得较集中的声能。 3．回声定位原理：蝙蝠飞行时发出超声波，超声波碰到障碍物或猎物后反射回来，蝙蝠根据回声的方位和时间，确定目标的位置与距离，这一原理叫做回声定位。科学家仿照这一原理发明了声呐。 4．超声波的应用分类 传递信息：声呐探测海底深度、暗礁、鱼群与潜艇；倒车雷达、超声导盲杖辅助定位；B 超检查人体内脏与胎儿发育；超声探伤检测金属零件内部缺陷。 传递能量：超声波清洗精密仪器与眼镜；超声波对医疗器械、食物杀菌消毒；超声波击碎人体内的结石。 【讨论交流】 1．请判断下列应用分别利用了超声波传递信息还是能量：①超声波清洗眼镜 ②超声导盲杖 ③超声波碎石 ④超声金属探伤 2．为什么超声波适合用于探测和定位，而普通的可听声不适合？ 【例题1】超声波指纹识别技术通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并对接收到的反射波进行分析得出指纹信息，进行比对解锁。以下各项应用与此原理不同的是（　　） A．科技工作者利用声呐探测海底深度 B．医生利用超声波击碎人体内的结石 C．技工利用超声波给金属工件探伤 D．汽车倒车雷达利用超声波探明车后情况 探究二、次声波及其作用 【情境引入】地震、海啸发生前，常会出现老鼠出洞、家畜焦躁不安等动物异常反应，人类却毫无察觉。这是因为自然灾害发生时会伴随产生人耳听不到的次声波，而很多动物可以感知到。 【核心梳理】 1．频率界定：频率低于 20 Hz 的声波叫做次声波，简称次声。 2．次声波的特点：来源广泛、传播距离远、能轻易绕过大型障碍物。 3．次声波的产生来源 自然来源：火山爆发、地震、海啸、台风、龙卷风、雷暴等灾害性自然现象。 人为来源：核爆炸、导弹发射等大型人工活动。 4．次声波的应用与危害 应用：通过监测次声波可以预报火山爆发、台风、地震等自然灾害，也可用于遥测核爆炸的位置与强度。 危害：能量巨大的次声波破坏力极强，能造成机器设备破裂、飞机解体、建筑物垮塌；强次声会破坏人体平衡器官，引发恶心、晕眩，严重时会导致内脏破裂出血，危及生命。 【讨论交流】 1．为什么地震、海啸等自然灾害发生前，很多动物会提前出现异常反应，而人类却感知不到？ 2．次声波能绕过障碍物传播很远的距离，这一特点对次声波的灾害监测预警有什么优势？ 【例题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 探究三、声波频率范围与综合辨析 【情境引入】安静的房间里人听不到任何声音，狗却突然竖起耳朵变得警惕；大象可以在相隔数千米的距离外相互交流，人类却听不到它们的 “对话”，这些差异都源于不同生物的听觉频率范围不同。 【核心梳理】 1．人与常见动物的频率范围对比 人：发声频率 85~1100 Hz，听觉频率 20~20000 Hz。 蝙蝠：发声与听觉均覆盖超声波范围，依靠回声定位完成夜间活动。 大象：发声以次声波为主，可依靠次声波进行远距离群体交流。 狗、海豚：听觉频率范围远宽于人类，能听到人耳无法感知的超声波或次声波。 2．声波分类总结 次声波：频率低于 20 Hz，人耳无法感知，传播距离远、强次声破坏力大。 可听声：频率在 20~20000 Hz 之间，是人耳可以感知的声音范围，包含乐音与噪声。 超声波：频率高于 20000 Hz，人耳无法感知，方向性好、穿透能力强。 【讨论交流】 1．大象之间可以在很远的距离外相互交流，人类却听不到它们的交流 “声音”，请解释其中的原因。 2．有人说 “超声波和次声波都不是声音，因为人耳都听不到”，这种说法对吗？请说明理由。 【例题3】如图所示，是人和蝙蝠的听觉频率范围，下列说法正确的是（   ） A．人有可能听到频率为10kHz的声波 B．人不可能听得到乙图的声波 C．200Hz的声波只要振幅足够大，蝙蝠有可能听得见 D．地震、海啸的预警中利用了频率高于20000Hz的超声波来传递信息 【归纳整理】 第三节 超声波与次声波 【课堂练习】 1．据下图分析，下列说法正确的是（　　） A．大象之间的“交谈”人都可以听见 B．静谧的夜晚我们身边的狗有时突然耳朵一竖并转动几下，这可能是狗听到了人听不见的声音 C．家人之间说悄悄话，身边的狗无动于衷，因为悄悄话狗听不见 D．因为大象的听觉频率和狗的发声频率没有重叠区，所以狗的叫声大象永远也听不见 2．关于声的利用，下列说法正确的是（   ） A．倒车雷达是利用了次声波来识别障碍 B．蝙蝠靠超声波发现昆虫 C．地震海啸火山喷发等自然灾害往往会伴随超声波的产生 D．“B超”诊断病情是利用声传递能量 3．某品牌新能源汽车配备自动泊车系统，其原理是通过车身周围的超声波传感器发射超声波，根据反射信号判断周边障碍物的距离。下列相关说法正确的是（　　） A．超声波传感器利用了声波传递能量 B．自动泊车系统的提示音“嘀嘀”声属于超声波 C．超声波在空气中的传播速度大于次声波的传播速度 D．该系统与蝙蝠飞行的定位原理相同 4．我国的南海海域，齿鲸发出的巨大的超声波震晕一群小鱼，在齿鲸旁观察的潜水员却没有听到齿鲸发出的声音，下列说法正确的是（   ） A．该声音响度大、频率高 B．该声音靠空气传播给潜水员 C．说明声能传递信息 D．该声音在人耳听觉频率范围内 5．雄蝉腹部的鸣管会不断振动发声，如图某种蝉1分钟鸣管振动了36000次，则蝉鸣叫的频率为______Hz，人耳______（选填“能”或“不能”）听到该种蝉鸣声，原因是______。 6．2023年12月18日晚，甘肃发生6.2级地震，西安有轻微震感，此次地震给人民群众的生命财产造成了重大损失。地震会产生__________（选填“次声波”或“超声波”），频率___________（填“低于”或“高于”）20Hz，超出了人类听觉的范围；利用超声波还可除去人体的碎石，是因为声波可以传递___________。 7．如图甲所示，将眼镜放在超声波清洗机中清洗时，眼镜上的污垢振动频率至少大于________Hz，人耳听到超声波清洗机工作时发出“嗡嗡”的声音，这_______（选填“是”或“不是”）超声波。人们利用超声波成像技术发明了超声检测仪，利用其可以观察母体内胎儿的情况，如图乙所示，这说明声波可以传递_________。 8．渔民为了测量鱼群与渔船的距离向鱼群发射超声波，经14s收到回波信号，鱼群距离渔船___________m（声音在海水中的传播速度为1500m/s）。这种方法___________（选填“能”或“不能”）用来测量地球和月球之间的距离。 9．用雷达测定某云层的厚度的过程中记录了下列数据：从地面垂直向云层发射一束超声波，同时开始计时，经过16s收到第一次回声，经过18s收到第二次回声，已知超声波在空气中的传播速度是340m/s，在云层中的平均传播速度约为1000m/s。求： (1)云层距地面高度； (2)云层的厚度。 10．根据回声定位的原理，科学家发明了声呐，利用声呐系统，人们可以探知海洋的深度，绘出水下数千米处的地形图。若用超声测位仪向海底垂直发射声波，如图所示，经过4s后收到回波。（ 已知声音在海水中传播速度是1500m/s）求： (1)声音在4s内传播的距离； (2)此处海水有多深？ 11．如图1的导盲杖说明书如表所示，导盲杖发出的声遇到障碍物后反射回来，手柄接收回波后通过振动提醒盲人前方有障碍物。人、蝙蝠发声和听觉频率范围如图2所示。（15℃时声速为340m/s） 说明书（节选） 声频率 40000Hz 与障碍物距离/m 1-1.5 0.5~1 0~0.5 手柄每秒振动次数 1 2 3 (1)导盲杖发出的是___________（选填“超声波”或“次声波”）； (2)导盲杖主要利用了声可以传递___________（选填“信息”或“能量”）； (3)若气温15℃时导盲杖发出声后0.005s接收到回波，则它与障碍物的距离是___________m。根据表中信息推断此时导盲杖手柄每秒振动___________次； (4)蝙蝠___________（选填“能”或“不能”）发出与导盲杖相同频率的声波。 12．请阅读下列材料，回答下题： 超声波指纹识别技术 传统指纹识别TouchID已成为智能手机的标配。随着黑科技超声波指纹识别技术SenserID的出现，屏下指纹的全面屏手机变得越来越普及。 与传统指纹识别不同，超声波指纹识别技术是通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射超声波分析得出指纹的信息，进行比对解锁。 超声波是频率超过人类听觉上限的声波，具有较强的穿透能力，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料等。此外，超声波扫描能够不受手指上可能存在的污物影响，例如汗水、护手霜或凝露等，从而提供一种更稳定、更精确的认证方法。 (1)超声波是指频率高于__________Hz的声波； (2)大自然的许多活动，如地震、火山爆发、台风、海啸等，都伴有__________波的产生； (3)SenserID系统能置于手机内部，可以让超声波透过屏幕进行指纹识别，是因为超声波具有__________的特点； (4)超声波指纹识别是通过声波获取指纹的信息，以下各项应用与此不同的是 。 A．科技工作者利用声呐探测海底深度 B．技工利用超声波给金属工件探伤 C．医生利用超声波除去人体内的结石 D．渔民利用声呐探测海中鱼群 (5)SenserID系统利用了仿生学原理，它模仿了下列哪个生物 ； A．蝙蝠 B．大象 C．青蛙 D．猫 (6)SenserID系统能向手指上若干个位置发射超声波，如图可知贴在手机屏幕上的一部分指纹的大致形状，可以检测到被手指反射的信号所需的时间相同的两个点是__________。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1/1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $