3.3 声波的应用和控制（教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级上册

该初中物理教学设计聚焦声波的应用（传递信息与能量）和噪声控制，以“长江口二号”古船打捞情境导入，连接已学的声音产生与传播知识，搭建从生活现象到物理原理的学习支架。 通过扬声器烛焰实验、电动机降噪实验等培养科学探究能力，结合声呐动画、噪声控制视频等资料及乐音噪声波形对比发展科学思维，从环保角度理解噪声强化科学态度与责任，丰富实例助学生联系实际，清晰环节便于教师教学。

第3节 声波的应用和控制（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第3节 声波的应用和控制 教学 目标 1. 知道噪声的危害及控制方法。 2. 通过了解现代技术中声学知识的一些应用，知道物理与生活的紧密联系。 教材 分析 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图展示古船打捞的场景，引出声波的应用。 2. 通过实例，介绍声波能传递信息和能量，了解声波的应用。 3. 通过实验，归纳减弱噪声的方法，了解噪声的危害。 学情分析 本次授课对象为八年级学生，已掌握声音的产生、传播等基础概念，对声现象有日常感性认知，但抽象逻辑思维尚在发展中。学生对B超、声呐等声波应用场景充满好奇，乐于结合生活实例探究原理，不过容易混淆声波传递信息与能量的两类应用边界。同时学生对噪声的认知多停留在“吵闹”的直观感受，难以从物理和环保双维度精准界定噪声，在声源、传播过程、人耳处三类降噪方法的实际场景辨析中易出现判断偏差，需结合实验与生活案例强化理解。 教学重点 声波的应用；控制噪声。 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——《噪声的危害和控制》；⑤课堂总结——《声的利用》。 教学过程 导入新课 【提问】图为“长江口二号”古船整体打捞工程的主作业船。2022年11月21日，经过长达7年的水下考古调查勘探，“长江口二号”古船被成功打捞出水，实现了我国水下考古的历史性突破。作业船打捞古船前，需先确定古船在水底的情况，而长江口是江海交汇水域，水下能见度几乎为零。在这种复杂的情况下，如何开展水下探测呢？ 学习新课 一、声波的应用 1. 声波能传递信息 【学生活动】分析以下场景有什么共同点？说明了什么问题？ （1）列车员通过列车鸣笛声的长短可判断列车运行的情况。 （2）医生用听诊器听心跳的声音。 （3）听到远处隆隆的雷声。 【师生总结】列车员通过列车鸣笛声的长短可判断列车运行的情况。医生用听诊器听心跳的声音，可获取心脏的健康状况。听到远处隆隆的雷声，获得的信息是大雨就要来临。 分析上述场景发现：当人们感知到不同的声音时，就会传递给人们不同的信息。 结论：声波可以传递信息。 2. 声呐 人们根据声波在水中能远距离传播的特点，制成声呐装置。可以进行声呐定位、探知海洋的深度等。 （1）声呐原理：如图甲所示，从船上发出声脉冲至海底，通过测算接收，然后将接收到的回声所经历的时间自动转换为深度值显示出来。设声波在海水中的传播速度为v，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：s= vt/2（声波通过的距离是海底深度的2倍） 甲 乙 （2）声呐定位：如图乙所示，利用声呐装置能对水下物体进行定位。在探测“长江口二号”古船位置的过程中，我国考古工作者和科技人员利用声呐设备对长江口水域进行全面勘测，最终确定了 “长江口二号”古船的外形及沉船位置处的水底地貌，为整体打捞工作提供了重要的基础数据。 （3）声呐的一些应用：例如，探测鱼群、潜艇位置、绘制水下数千米地形图等。 【学生活动】阅读教材第62页，思考： （1）超声波有哪些特点？有哪些应用？ （2）次声波主要来源于哪里？ （3）声波也能传递能量，有哪些应用？ 【师生总结】 3. 超声波的特点与应用 （1）超声波有较强的穿透能力 在生产实践中，技术员用超声波探伤仪检测钢结构的缺陷，可以检测出其内部有没有裂纹，甚至还可以知道裂纹有多大、多深。图中医生用B型超声波观察母体中胎儿的发育情况。 （2）超声波具有较强指向性 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。这种方法叫做回声定位。 ②汽车自动泊车系统：汽车自动泊车系统通过计算发射超声波与接收障碍物反射信号的时间差，获得障碍物与车辆之间的距离，从而实现自动泊车。 ③超声导盲仪：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，以可听声的形式反馈给盲人，帮助盲人出行。 4. 次声波 （1）次声波的来源 次声波主要来源于地震、火山爆发、海啸、龙卷风、雷暴、台风等自然现象。此外，火箭发射、飞机飞行、机器运转等过程中也会产生次声波。 （2）次声波的一些应用 ①大象、鲸等动物能用次声波交流信息。 ②灾害监测‌：捕捉地震、火山爆发、海啸等灾害发生前辐射的次声波，提前发出预警，为避险争取时间。 ③军事监测‌：远距离探测核爆炸、火箭发射的位置与参数，是国际核试验监测的重要技术手段。 5. 声波传递能量与应用 （1）声具有能量，也可以传递能量 【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？ 【结论】会看到烛焰跳动。说明声波传递能量。 （2）声传递能量的应用 ①超声波清洗机：超声波产生的振动比可闻声更加强烈，常被用来清洗物体。把被清洗的物体放在清洗液里，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。超声波牙刷、洗牙也是利用了超声波的振动原理。 ②超声波碎石机：超声波碎石是利用电能转变成声波，声波在超声转换器内产生机械振动能，通过超声电极传递到超声探杆上，使其顶端发生纵向振动，当与坚硬的结石接触时产生碎石效应，但对柔软的组织并不造成损伤。不用开刀，不会对身体造成伤害。 ③超声波雾化器：其基本原理是来自主电路板的振荡信号传递给超声晶片，超声波晶片把电能转化为超声波能量，超声波能量在常温下能把水溶性药物雾化成1μm到5μm的微小雾粒，以水为介质，利用超声定向压强将水溶性药液喷成雾状，借助内部风机风力，将药液喷入患者气道，再被患者吸入，直接作用于病灶，主要用于内科、外科、五官科、儿科等方面。 ④次声波武器：次声波传播时能量损失小，能绕过障碍物传播得很远。所以较低频率的次声波达到一定强度时可以致人死亡，所以在科技发达的今天，次声波可以作为武器。 ⑤次声波检测仪：地震、火山爆发、台风、海啸、核爆炸等发生时，都伴有次声波产生。对人类生命和财产造成严重威胁。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——次声波检测仪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。 6. 区别声传递信息与传递能量 【学生活动】根据不同的应用目的，完成分类任务。 （1）寻找利用声波传递信息的实例，并进行简单的说明。 （2）寻找利用声波传递能量的实例，并进行简单的说明。 【师生总结】 （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。（均选填“能量”或“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1】下列声现象中能说明声传递能量的是（ B ） A．声呐探测海深 B．超声清洗眼镜 C．B超检查 D．倒车雷达 【解析】A．声呐探测海深，是利用声音传递信息，故A不符合题意； B．超声清洗眼镜，是利用声音传递能量，利用声音的能量将眼镜上的污垢与眼镜分离，故B符合题意； C．B超检查，是利用声音传递信息，故C不符合题意； D．倒车雷达，是利用声音传递信息，故D不符合题意。 故选B。 【例题2】下列有关声音的事例，能说明声音可以传递信息的有（ B　） A．利用超声波清洗精密元件上的污渍 B．铁路工人用铁锤敲击钢轨，从异常的声音中发现松动的螺栓 C．利用超声波振动除去人体内的某些结石 D．炸弹强烈的爆炸声震破了附近房屋的玻璃窗 【解析】A．利用超声波能清洗精密元件，这说明声音可以传递能量，故A不符合题意； B．铁路工人通过声音，判断螺栓是否松动，利用声音传递信息，故B符合题意； C．利用超声波振动除去人体内的某些结石，是声音可以传递能量，故C不符合题意； D．炸弹的爆炸声会把居民家的窗玻璃振破，说明声音可以传递能量，故D不符合题意。 故选B。 学习新课 二、噪声的控制 1. 探究噪声与乐音 【教师活动】（1）情景设置 活动1：听一段优美的音乐。 活动2：用铁钉刮玻璃，听听产生的声音。 活动3：播放一段好听的故事，让学生一起听，同时大声播放活动1中的音乐。 通过对比活动1和活动2，提问：你喜欢哪一种声音？让学生从物理学的角度体会噪声。通过对比活动1和活动3，提问：同样的音乐，它又给你带来怎样的体验？让学生从环境保护的角度理解噪声。 （2）演示实验：利用示波器或计算机或手机观察泡沫塑料块刮擦玻璃板时产生的噪声的波形，并与音叉发出的声音的波形做比较。 【学生活动】聆听上述的乐音与噪声，观看他们的波形。交流与分享亲身感受，非常自然地进入噪声的学习。 【师生分析总结】 演示实验中的现象：泡沫塑料刮玻璃时产生的噪声的波形没有规则，音叉产生的声音的波形有规则（如图所示）。 噪声的波形 音叉的波形 实验表明：噪声的波形没有规则，而乐音的波形有规则。 2. 噪声与乐音 运用与乐音对比的方法，引出噪声的概念。 （1）噪声与乐音 ①乐音：有规律的、悦耳动听的声音叫乐音。乐音是由发声体有规则振动产生的。例如，音乐会上时而激昂时而舒缓的钢琴演奏声；清晨鸟儿清脆婉转的叫声。 ②噪声：物理学中，将声源做无规律振动时发出的声音称为噪声。例如，建筑工地上各种机器的轰鸣声；放鞭炮时震耳欲聋的声音；车辆的喇叭声等。 从环境保护角度而言，干扰人们的生活、学习、工作的声音都属于噪声，如考场外的喧闹声、列车驶过的呼啸声、建筑工地机械的运转声等。 3. 乐音和噪声的区别与联系 乐音 噪声 概念 悦耳动听的声音 嘈杂刺耳的声音 产生原因 发声体按一定规律 振动时产生的声音 发声体无规则 振动时产生的声音 波形图 联系 乐音和噪声都是由物体振动产生的，并没有严格的界限，有些声音从物理学角度来看属于乐音，但从环保的角度来看却属于噪声。 4. 噪声的来源 【学生活动】交流讨论下述两个问题，说出这些噪声的来源。 （1）教室里和教室周围有无噪声？如果有噪声，这些噪声是从哪里来的？ （2）生活中有哪些噪声？这些噪声是怎么产生的？ 【师生分析总结】 （1）教室内部噪声主要源于人为活动和设备运行‌，例如学生课间交谈、桌椅移动、书本翻页等产生的声音，以及多媒体设备（如投影仪、音箱）工作时的嗡鸣声。 教室周围噪声包括走廊活动、校园公共区域声音及外部环境干扰‌，具体如走廊脚步声、交谈声、操场体育活动声，以及邻近教室的教学声；外部环境噪声则可能来自校园周边的交通（如汽车鸣笛、发动机声）、建筑工地施工（如打桩机、搅拌机声）、工厂机器运转声或社会生活噪声（如商铺广播）。‌ ‌（2）生活中的一些噪声： ①交通运输噪声：各种交通工具的喇叭声、汽笛声、刹车声、排气声、机械运转声等。 ②工业噪声：化工厂、纺织厂、印刷厂、机械车间的噪声。 ③施工噪声：建筑工地、城建施工、打桩等。 ④社会生活噪声：娱乐场所、商店、集贸市场里的喧哗声。 【教师提问引入】 （1）噪声会严重影响人们的工作和生活，我们该如何控制噪声呢？ （2）大型电机设备若不采取降低噪声的措施，会给周围环境带来很大的噪声污染，工程师会采取哪些措施控制噪声呢？我们在桌面上放一台小型电动机，用它来模拟工厂中的电机设备，它工作时产生的声音为噪声，那么怎样减弱它产生的噪声对我们的干扰？ 【学生活动】思考上述问题（1）。 （2）对于上述问题（2）进行讨论后，提出具体的方案。根据提出的方案实施，并根据实际效果改进实验方案。 【演示并分析】 在本实验方案中，把旋转的电动机放在桌子上会产生较大的声音，将电动机用软泡沫塑料垫起，噪声会明显减弱（在发声体处减弱噪声）。将电动机置于空罐头盒上，将罐头盒用软泡沫塑料垫上，再用软泡沫塑料挡在电动机与学生之间，发现噪声明显减弱（在传播过程中减弱）。通过实验比较，还可以发现软泡沫塑料的吸音效果比较好，说明某些材料的吸音作用强，这可以解释树林能减弱噪声污染（因为树木对声波有较好的吸收作用）。 【学生活动】阅读教材第63⁓64页有关内容，思考并回答下列问题。 声音从产生到引起听觉有几个阶段？控制噪声的途径有哪些？举例说明。 【师生总结】 5. 控制噪声 （1）声音从产生到引起听觉的三个阶段 声源的振动产生声音→空气等介质传播声音→振动经人耳引起听觉。 （2）控制噪声的途径 防止噪声产生→阻断噪声传播→防止噪声进入耳朵。 ①控制噪声可以从控制声源入手，如潜水艇的螺旋桨采用特殊合金制造，即使螺旋桨高速转动，发出的声音也很轻。 ②在噪声的传播途径中采用吸收、反射的方法来降低噪声，如录音室、音乐教室等墙壁上常安装图所示的吸音材料。 ③从保护受噪声影响对象方面着手。如图所示，机场的地勤人员在指挥飞机停机时会佩戴耳罩。对受噪声影响对象的防护是噪声控制的最后一道关卡，一般采用耳塞、耳罩、隔音帽等防护措施。 【例题3】下列关于控制噪声的说法中，错误的是（ B ） A．“禁止鸣笛” 是在声源处减弱噪声 B．控制噪声可以完全消除噪声的影响 C．戴耳塞是在人耳处减弱噪声 D．高架路安装隔音墙是在传播过程中减弱噪声 【解析】A．“禁止鸣笛” 是直接对产生噪声的车辆进行限制，属于在声源处减弱噪声，故A 正确； B．控制噪声只能减弱噪声，无法完全消除噪声，故B 错误； C．戴耳塞是在人耳处减弱噪声，故C正确； D．高架路安装隔音墙是在传播过程中减弱噪声，故D正确。 本题选择错误的，故选B。 【例题4】下列控制噪声的措施中，属于在声源处减弱噪声的是（ B ） A．关闭门窗，减少外界噪声干扰 B．摩托车安装消声器 C．道路两旁种植行道树 D．机场工作人员佩戴防噪声耳罩 【解析】A. 关闭门窗是阻挡声音传播，属于在传播过程中减弱噪声，故A错误； B. 摩托车安装消声器是让发声体（排气管）发出的声音减弱，属于在声源处减弱噪声，故B正确； C. 行道树通过反射、吸收声音减弱噪声，属于在传播过程中减弱噪声，故C错误； D. 佩戴耳罩是防止噪声进入人耳，属于在人耳处减弱噪声，故D错误。 故选B。 课堂练习 1. 下列声现象中能说明声传递能量的是（ ） A．声呐探测海深 B．超声清洗眼镜 C．B超检查 D．倒车雷达 【答案】B 【详解】A．声呐探测海深，是利用声音传递信息，故A不符合题意； B．超声清洗眼镜，是利用声音传递能量，利用声音的能量将眼镜上的污垢与眼镜分离，故B符合题意； C．B超检查，是利用声音传递信息，故C不符合题意； D．倒车雷达，是利用声音传递信息，故D不符合题意。 故选B。 2．次声波虽然无法被人耳直接感知，但因其传播距离远、穿透力强，能为人类提供应用价值。下列关于声音的事例中，应用了次声波的是（　　） A．B超查看胎儿的发育情况 B．金属探伤仪检测金属零件有无裂纹 C．用声音清洗手表 D．通过声音预报海啸 【答案】D 【详解】A．B超查看胎儿的发育情况，利用的是超声波，因为超声波能够成像，可清晰显示胎儿的情况，故A不符合题意； B．金属探伤仪检测金属零件有无裂纹，运用的是超声波，超声波可以穿透金属等材料，根据反射情况判断内部是否有裂纹，故B不符合题意； C．用声音清洗手表，是利用超声波的能量，使污垢脱离手表，属于超声波的应用，故C不符合题意；D．海啸、地震等自然灾害发生时会产生次声波，通过监测次声波可以预报海啸，故D符合题意。 故选D。 3. 下列事例中，属于利用声音传递能量的是（ ） ①利用超声波给金属工件探伤 ②医生用听诊器给病人诊病 ③利用超声波排除人体内的结石 ④超声波加湿器 ⑤听到隆隆的雷声预示着可能要下雨 ⑥利用次声波武器使敌人的内脏破裂 A．①②⑤ B．③④⑥ C．①③④ D．②⑤⑥ 【答案】B 【详解】利用声音传递信息的有：①探伤（了解工件内部情况）、②诊病（了解身体内部情况）、⑤雷声预示下雨（获取天气信息）； 利用声音传递能量的有：③排石（改变结石状态）、④加湿器（改变水的状态）、⑥次声波武器（改变内脏状态）； 故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 4．控制噪声是城市环境保护的重要项目之一，下列措施中不能直接减弱噪声的是（ ） A．在道路两旁设置隔音板 B．在街头安装噪声监测仪 C．在嘈杂环境中佩戴耳塞 D．市区禁止机动车鸣笛 【答案】B 【详解】A．道路旁设置隔音板，属于在传播过程中减弱噪声，故A不符合题意； B．噪声监测仪仅能测量噪声的强弱等级，不具备减弱噪声的功能，故B符合题意； C．嘈杂环境中佩戴耳塞，属于在人耳处减弱噪声，故C不符合题意； D．市区禁止机动车鸣笛，属于在声源处减弱噪声，故D不符合题意。 故选B。 5. 图中的四幅图所包含的一些信息与声现象都有联系，下列说法正确的是（　　） A．图1：8个相同玻璃瓶装不同高度的水，敲击它们时发出声音的音色不同 B．图2：敲击编钟时，若用力越大，编钟发出声音的音调就会越高 C．图3：超声波清洗眼镜，主要是利用了声音能够传递能量 D．图4：在强噪声环境中，工人需要佩戴耳罩是在传播过程中减弱噪声 【答案】C 【详解】A．图1：8个相同玻璃瓶装不同高度的水，敲击它们时瓶子振动的频率不同，发出声音的音调不同，故A错误； B．图2：敲击编钟时，若用力越大，编钟振动的幅度越大，发出声音的响度就会越大，故B错误； C．图3：超声波清洗眼镜，主要是利用了声音能够传递能量，利用超声波传递的能量将眼镜上的污垢清除，故C正确； D．图4：在强噪声环境中，工人需要佩戴耳罩是防止噪声进入人耳，是在人耳处减弱噪声，故D错误。 故选C。 6. 下列声音中，从物理学角度属于噪声的是______；从环保角度属于噪声的是__________。（填序号） ① 音乐厅里的交响乐声 ② 深夜里的钢琴声 ③ 工厂车间机器的轰鸣声 ④ 早读课上同学的读书声 ⑤ 图书馆里的说话声 【答案】③ ②③⑤ 【详解】从物理学角度，噪声是发声体做无规则振动产生的声音，只有机器轰鸣声属于无规则振动产生的噪声。故选③。 从环保角度，噪声是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音。②深夜钢琴声妨碍休息、③机器轰鸣声影响工作、⑤图书馆说话声影响学习，都属于噪声；①交响乐在音乐厅里不影响他人，是乐音；④早读读书声是正常学习声音，不属于噪声。 故选②③⑤。 板书设计 第3节 声波的应用和控制 一、声波的应用 1. 声波可以传递信息，也可以传递能量。 2. 超声波的特点：有较强的穿透能力，具有较强指向性。 3. 次声波的来源：地震、火山爆发、海啸、龙卷风、台风等。 4. 声波传递信息的应用：例如声呐、倒车雷达、导盲仪等。 5. 声波传递能量的应用： 排除人体结石、超声波清洗机等。 二、噪声的控制 1. 物理角度：将声源做无规律振动时发出的声音称为噪声。 2. 环保角度：妨碍人们正常休息、学习和工作的声音是噪声。 3. 主要来源：工业生产、交通运输和社会生活。 4. 噪声的控制：控制声源；在噪声传播途径中降低噪声；保护受噪声影响对象。 课堂总结 第3节 声波的应用和控制 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 $