2.3声的利用（导学案）教师版_初物_八年级上下册+九年级全一册物理_八年级物理上册_导学案（完）

2.3 声的利用 （导学案） 【学习目标】 1. 了解声的有关知识和应用，知道声可以传递信息，传递能量。 2. 通过学习声在现代技术中的应用，体会科学、技术与社会的联系。 【学习重点】了解声的有关知识和应用，知道声可以传递信息，传递能量。 【学习难点】声传递信息与声传递能量的区别。 【自主预习】阅读教材第46页第3节《声的利用》，并完成以下内容： 1. 声波可以传递信息。 （1）超声波传递信息与应用。应用：如回声定位、利用声呐探测海深、B超、超声波探伤仪等。 （2）次声波传递信息与应用。发生地震、火山爆发、台风、海啸等自然灾害时，都伴有次声波产生。 大象之间的交流靠次声波，声学仪器接收到次声波信息可以确定方位和强度。 2. 声波不但能够传递信息，而且还可以传递能量。例如外科医生可以利用超声波的振动除去人体内的 结石。 【合作探究】 探究一、声与信息 1. 声可以传递信息 【想一想】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铁路工人用铁锤敲击钢轨；④听到远处隆隆的雷声。 【归纳】分析上述场景的共同点：当人们感知到不同的声音时，就会传递给人们不同的信息。 结论：声音可以传递信息。 2. 次声波传递信息 （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 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 （1）回声定位 【想一想】蝙蝠通常只在夜间出来活动和觅食。但不会碰到墙壁、树枝等障碍物，你知道蝙蝠是怎样 判断目标的位置的吗？它采用的方法叫什么？【小结】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做回声定位。 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。 超声导盲仪及其原理 ②倒车雷达 汽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距离，然后提示给司机，使停车或倒车更容易、更安全。 倒车雷达 探测海底深度 ③声呐 根据回声定位原理，超声波遇到障碍物会反射回来，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，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 。 （3）B超原理 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”。 （4）超声波探伤仪 超声波探伤仪是利用超声波能透入金属材料的深处，并由一界面进入另一界面时，在界面边缘发生反 射的特点来检查零件缺陷的一种方法。 医生用B超查看胎儿发育情况 超声波探伤仪 （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，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。 【例题1】如图所示，当轿车倒车时，尾部的非安全距离内遇到人或障碍物，倒车雷达就会发出警报， 方便司机判断车尾与后部障碍物间的距离。在倒车雷达工作的过程中，会应用到下列物理知识中的（ C ） ①声的反射； ②超声波；③声音可以传递信息； ④次声波 A. ①② B. ③④ C. ①②③ D. ①②③④ 【解析】倒车时，利用超声波原理，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，所以说倒车雷 达应用了回声定位的原理，获得一些信息。倒车雷达工作过程中，应用了超声波、回声、声音可以传递信 息，没涉及到次声波，故应用到的物理知识是①②③，④不符合题意。 探究二、声与能量 1. 声具有能量，也可以传递能量 【想想议议】平静的水面上有几片静止的树叶，现在把一块石头扔进去，会看到什么现象？ 看到的现象是：把一块石头扔进水里，可以看到一圈一圈的波纹向四周散去，水面上的树叶也随之起 伏，扔石头的能量通过水波传给了树叶。说明水波能传递能量。水波 发声扬声器旁的烛焰 【想一想】声波也是一种波动，那么，声波能传递能量吗？ 【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？ 现象：火焰 会（填“会”或“不会”）摇动，这说明声波可以传递能量。 【总结】声波具有能量，能通过介质传递能量。 2. 声传递能量的应用 （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、钱币、水果等。 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 超声波加湿器 药液雾化器 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。 （4）次声波武器 由于次声波传播的路程远、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，所以在 科技发达的今天，次声波可以作为武器。 3. 声传递信息与传递能量 （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。（均选 填“信息”或“能量”） （2）声传递信息、传递能量的实例 【做一做】下列是一些声的利用实例，请按照“声传递信息”和“声传递能量”进行分类。①利用回声测距、定位；②超声波清洗精密仪器、碎石、洁齿；③用“B超”检查身体；④超声波雾 化器；⑤利用超声波探测金属内部裂纹；⑥次声波武器；⑦利用次声波预测地震、监测核爆炸等；⑧次声 波的破坏作用。 【总结】 声传递 信息 声传递 能量 超声波清洗精密仪器、 利用回声测距、定位 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、 次声波的破坏作用 监测核爆炸等 【例题2】声波既能传递信息也能传递能量。下面事例中，主要利用声波传递能量的是（ D ） A．用声呐探测海深 B．利用倒车雷达确定与车后物体的距离 C．利用B超做体检 D．用超声波击碎结石 【解析】A．用声呐探测海深，是利用声波来传递海底深度的信息，故A不符题意； B．利用倒车雷达确定与车后物体的距离，是利用声波来传递车辆周围障碍物的相关信息，故B不符 合题意； C．利用B超做体检，是利用声波来传递身体状况的相关信息，故C不符合题意； D．用超声波击碎结石，利用了声波来传递能量，故D符合题意。 故选D。 探究三、建筑声学的杰作 驰名中外的北京天坛，是明清皇帝祈谷、祈雨、祈天的地方，其中的回音壁、三音石、圜丘三处建筑 都有非常美妙的声音现象。 阅读课本第48页《科学世界——建筑声学的杰作》，回答问题： （1）回音壁为什么可以让说话声传播很远？ （2）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。为什么？ 【总结】 1. 回音壁 回音壁是皇穹宇的围墙。围墙的弧度十分规则，墙面极其光滑整齐，对声波的传播十分有利。只要两 个人分别站在东、西配殿后，贴墙而立，一个人靠墙向北说话，声音会沿着墙面以声波的形式传到一、二 百米的另一端，无论说话声音多小，也可以使对方听得清清楚楚，而且声音悠长，堪称奇趣，给人造成一 种“天人感应”的神秘气氛。 2. 三音石 从殿基须弥座开始的第一、第二和第三块铺路的条型石板就是三音石。 站在第一块石板上面向殿内说话，可以听到一次回声。站在第二块石板上面向殿内说话，可以听到两次回声。站在第三块石板上面向殿内说话，可以听到三次回声。三音石的第三块石板又称“天闻若雷石”， 就是说，站在第三块石板上面向殿内说话，如果大殿仅敞开面对三音石的殿门，而且殿门到殿内正中的神 龛之间没有任何障碍物的话，此时听到的回音尤其响亮，似乎“人间偶语，天闻若雷”。 3. 圜丘 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。 【例题3】天坛的声学三奇充分体现了中国古代劳动人民的智慧，如题图所示。 （1）回音壁可以让说话声传播很远，是因为它的表面能够多次_____声波； （2）当游客在圜丘台顶的天心石说话时，听到的声音格外响亮，这里的“响亮”是指声音的______ （选填“响度大”或“音调高”）； （3）小华站在三音石上拍手，0.2s后听到第一次回声，回音壁的半径为____m（声音在空气中的传播 速度约为 340m/s）。 【答案】（1）反射；（2）响度大；（3）34。 【详解】（1）当声音遇见障碍物时会被反射回来，回音壁可以多次反射声波，减少了声波能量散失， 这样声音可以传播的很远。 （2）听到的声音格外响亮，是指声音的大小，即声音的响度大。 （3）由题中信息可知，三音石位于回音壁的圆心上，当拍掌声发出后，声波就沿半径传播，经回音 壁反射后，又沿原半径返回，则第1次听见回声时，声音传播的距离是半径的二倍。则其半径为 r=s/2=vt/2=(340m/s×0.2s)/2=34m【归纳整理】 【精讲点拨】 1. 对声传递信息与传递能量之间的区别，有些同学觉得不易分清，可根据两种情况下对物体作用的情 况区分。一般情况下，声传递信息时，能量比较小，对物体不会有伤害作用；传递能量时，能量大，对物 体有“破坏”作用，例如，使物体的形状、状态、位置等发生物理变化。 2. 对于声波的应用，知道有哪些应用即可，不必过分理解其工作过程。 【课堂练习】 1. 关于超声波和次声波，下列说法正确的是（ ） A．声呐是利用次声波寻找鱼群信息 B．医院利用次声波检查胎儿在母体内是否正常发育 C．大自然的许多活动，如地震、海啸等都伴有次声波产生 D．这两种声波都能在真空中传播 【答案】C。 【详解】A．声呐是利用超声波寻找鱼群信息，故A错误； B．医院利用超声波检查胎儿在母体内是否正常发育，故B错误； C．大自然的许多活动，如地震、海啸等都伴有次声波产生，有些动物可以听到次声波，所以在地震 等灾害发生前会出现异常的行为，故C正确； D．声音不能在真空中传播，即这两种声波都不能在真空中传播，故D错误。故选C。 2．有一种电子牙刷，如图所示，它能发出超声波，直达牙刷棕毛刷不到的地方，这样刷牙既干净又 舒服。关于电子牙刷，下列说法中正确的是（ ） A．刷牙时，人听不到超声波，是因为超声波不能在空气中传播 B．刷牙时，人听不到超声波，是因为超声波的音调很低 C．超声波能传递能量 D．超声波不是由物体的振动产生的 【答案】C 【详解】AB．超声波振动的频率很高，音调很高，发出声音的振动频率高于人耳的听声范围，所以刷 牙时，听不到超声波。故AB错误；C．超声波牙刷能将牙刷干净，是因为超声波携带的能量将污垢去除，故C正确； D．声音是由物体的振动产生的，超声波是不可听声，也是由物体的振动产生的，故D错误。 故选C。 第2题图 第3题图 3．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. 【详解】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，利用的是超声波可以传递信息的原理，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，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。 4．古筝艺术是国家级非物质文化遗产之一。如图所示是航天员王亚平在空间站弹奏古筝曲目《茉莉 花》，传统乐器的声音从中国空间站传向了全世界。下列说法正确的是（ ） A．悦耳的琴声是由空气振动产生的 B．手指按压在琴弦不同位置，可以改变琴声的响度 C．琴声的音调越高，在空气中传播得越快 D．听众通过琴声可以辨别出曲目，说明声音可以传递信息 【答案】D.【详解】A．古筝发出的声音是由琴弦振动产生的，故A错误； B．手指按压在琴弦不同位置可改变琴弦振动的频率，从而改变音调，故B错误； C．声音的传播速度与传音介质和温度有关，与音调无关，故C错误； D．声音可以传递信息和能量。听众通过琴声可以辨别出弹奏的是什么曲目，说明声音能够传递信息， 故D正确。故选D. 5．科学考察者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。可推算出该江域水底的大致形状是（ ） 【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. 如图是我国“奋斗者”号无人潜水器，在某次下潜实验中，潜水器从刚没入水中开始以20m/s的速 度匀速下潜，50s时悬在海中某一深度，并用声呐向海底发射一束超声波，12s后收到海底反射回来的回波。 已知超声波在海水中的传播速度是1500m/s，求： （1）潜水器下潜50s的距离； （2）此海域的深度； （3）利用声呐发出超声波能否测量地球到月球的距离，为什么？ 【答案】（1）1000米；（2）10000米；（3）见解析。 【详解】（1）潜水器在这50s内下潜的深度 s=v t=20m/s×50s=1000m 2 潜水器 （2）从发射超声波到12s后收到信息，超声波传播的路程 s=v t′=1500m/s×12s=18000m 1 声 收到信息时潜水器距海底的距离 1 1 s' = s = ×18000m=9000m 1 2 1 2 此海域的深度 s=s′+s=9000m+1000m=10000m 1 2（3）声音的传播需要介质，真空不能传播声音，地球和月球之间有真空地带，不能利用声呐发出超 声波测量地球到月球的距离。