【名師解讀】八年級(jí)物理第四章第四節(jié)《超聲波》精品導(dǎo)學(xué)學(xué)案(北師大版)

1、【名師解讀】八年級(jí)物理第四章第四節(jié)超聲波精品導(dǎo)學(xué)學(xué)案(北師大版)探究目標(biāo)1.知識(shí)與技能 知道超聲波、次聲波的產(chǎn)生與應(yīng)用；了解聲吶及b超工作原理.2.過程與方法 在參觀、調(diào)查及上網(wǎng)過程中獲得超聲波知識(shí)；了解動(dòng)物對(duì)超聲波的利用.3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀 在了解超聲波、次聲波在現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用中，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)的熱愛.探究指導(dǎo)物理宮殿1.超聲波（supersonic wave）高于20 000hz的聲波稱為超聲波.蚊子、貓、狗和家畜等動(dòng)物能聽到.其特點(diǎn)是方向性好、穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能量.2.超聲波的應(yīng)用（1）聲吶（sonar）：聲吶是一個(gè)監(jiān)測反射聲波的系統(tǒng).人們利用在水中超聲波比光波和無線電波傳

2、播得遠(yuǎn)，且定向性好的特點(diǎn)制成了聲吶裝置，讓它向海下發(fā)出高頻超聲波，依據(jù)回聲聲波的時(shí)間，可以測出水下障礙物所處位置、形狀和大小；（2）回聲定位：如圖4.4-1甲所示，輪船利用超聲波探測船下的水深.發(fā)射器發(fā)射超聲脈沖，聲吶儀監(jiān)測到反射來的回音，從而可算出水深.水深（h）=水中的聲速(v)所花時(shí)間（t）；如圖4.4-1乙，黑夜里，蝙蝠利用超聲波導(dǎo)航；圖4.4-1【例1】 2000年8月，俄羅斯的庫爾斯克號(hào)核潛艇在巴倫支海遇難.探測專家用超聲波可探測到潛艇的確切位置.超聲波在海水中的波速v1450ms，在潛艇正上方海面向下發(fā)出超聲波，從超聲波發(fā)出直至接收到潛艇的回波經(jīng)歷的時(shí)間為 t0.146s，則潛艇

3、沉沒的實(shí)際深度h約為多大（取整數(shù)值）？思路與技巧 超聲波從發(fā)出到接收共用時(shí)間 t0.146s，則超聲波從發(fā)出到潛艇處共用時(shí)間為0.146s，再根據(jù)超聲波在水中的速度便可求出潛艇沉沒的深度h.答案 潛艇沉沒的實(shí)際深度 h=1450m/s0.073106m.（3）b超：超聲波能夠成像，讓超聲波射入人體內(nèi)，會(huì)在不均勻處和分界面上反射成像，即內(nèi)臟的“聲”像.利用b型超聲波診斷儀可以觀察到人體內(nèi)器官及胎兒生長發(fā)育情況，如圖4.4-2所示；圖4.4-2 胎兒的b超圖像（4）超聲波去污（碎石）：超聲波能使清洗液產(chǎn)生劇烈的振蕩，有去污作用，如圖4.4-3甲.此外超聲波還能傳遞能量擊碎人體內(nèi)結(jié)石，如圖4.4-3

4、乙；圖4.4-3（5）超聲波探傷：如圖4.4-4所示，利用超聲波的穿透與反射特性探測金屬內(nèi)部的裂紋、氣泡等缺陷；圖4.4-4 圖4.4-5 超聲波速度測定器（6）超聲波測聲速：向行駛車輛發(fā)出超聲波被車輛反射回來，測速儀接收到聲波頻率會(huì)發(fā)生變化，從而確定車輛速度，如圖4.4-5所示.【例2】 超聲波具有、等特點(diǎn)，超聲波主要用于、等方面.思路與技巧 與其他可聽聲相比，超聲波具有方向性好、穿透力強(qiáng)，易于獲得集中聲波等特點(diǎn)，因而有著廣泛的應(yīng)用.答案 方向性好、穿透力強(qiáng)；航海探測、醫(yī)療診斷、醫(yī)療治療、金屬探傷等.【例3】 蝙蝠夜間出來活動(dòng)從來不會(huì)撞到墻壁、樹枝上，以下解釋正確的是（ ）a.蝙蝠的眼睛有夜

5、視功能b.夜晚有月光c. 蝙蝠發(fā)出超聲波可以在物體上返回，根據(jù)回聲就可以判定物體的位置和在距離d. 蝙蝠的嗅覺很好，可以嗅出前面是否有物體圖4.4-6思路與技巧 蝙蝠在飛行時(shí)發(fā)出超聲波，超聲波碰到墻壁或昆蟲時(shí)反射回來，根據(jù)回聲到來的方位和時(shí)間，蝙蝠就可以確定目標(biāo)的位置和距離.聲吶就是模擬蝙蝠回聲定位的原理制成的仿生波裝置.答案 c.3.次聲波（subsonic）低于20 hz的聲波稱為次聲波.其特點(diǎn)是傳播時(shí)能量損失小，能傳得很遠(yuǎn).4.次聲波的應(yīng)用（1）預(yù)測自然災(zāi)害：火山爆發(fā)、龍卷風(fēng)、海嘯、臺(tái)風(fēng)等在發(fā)生前會(huì)先有次聲輻射，利用次聲監(jiān)測儀進(jìn)行預(yù)測.此外很多動(dòng)物能聽到次聲，在臺(tái)風(fēng)來臨時(shí)，海蚤聽到了“警

6、報(bào)”能到遠(yuǎn)處躲藏起來.地震前動(dòng)物驚恐（草魚跳躍，鴿子不安）；（2）一定強(qiáng)度的次聲波對(duì)人體造成嚴(yán)重危害，使人產(chǎn)生恐懼、惡心、神經(jīng)錯(cuò)亂，甚至五臟破裂，強(qiáng)大次聲波還會(huì)對(duì)機(jī)器設(shè)備、建筑物造成破壞；（3）軍事監(jiān)測：在大氣層內(nèi)進(jìn)行核爆炸會(huì)產(chǎn)生巨大的次聲波，用一種高靈敏度的監(jiān)測裝置（又叫大耳朵）就可探測到核爆炸的強(qiáng)度和位置.目前已建成全球性核試驗(yàn)監(jiān)測網(wǎng).地球上任何一個(gè)角落進(jìn)行的核試驗(yàn)都不可能逃過“大耳朵”的“監(jiān)聽”.【例4】 閱讀材料水母的順風(fēng)耳生活在海邊的漁民看見過這樣的情景：風(fēng)和日麗，平靜的海面上出現(xiàn)一把把小小的“降落傘”水母.它們在近海處悠閑自得地升降、漂游.忽然水母像聽見什么命令似的，紛紛離開海岸，

7、游向大海，不一會(huì)兒，狂風(fēng)呼嘯，波濤洶涌，風(fēng)暴來臨了.為什么水母能預(yù)知未來的風(fēng)暴呢？科學(xué)家經(jīng)過多年的觀察研究，發(fā)現(xiàn)水母的聽覺器官特殊，能夠感覺到次聲波.當(dāng)風(fēng)暴來臨時(shí)，空氣和波浪摩擦?xí)a(chǎn)生振動(dòng)頻率為812hz的次聲波.次聲波傳播的速度比風(fēng)暴快得多，這樣水母就能提前知道即將到來的風(fēng)暴.根據(jù)水母聽覺器官的構(gòu)造，科學(xué)家設(shè)計(jì)了“水母耳”儀器，它是由喇叭、共振器、傳感器和指示器等組成.出海的船只安裝了這種儀器，便可以提前知道風(fēng)暴從哪里來，強(qiáng)度如何，從而做好安全準(zhǔn)備.圖4.4-7請回答：（1）次聲波傳播有何特點(diǎn)？（2）水母為何能預(yù)測風(fēng)暴？（3）舉例說明水母這種特點(diǎn)的應(yīng)用.思路與技巧 這是一道信息收集處理題，考

8、查信息的收集、處理和交流能力.材料的第二段“次聲波傳播速度比風(fēng)暴快得多”“水母聽覺器官特殊，能感覺到次聲波”是中心句.答案 （1）次聲波傳播的速度比風(fēng)暴快得多；（2）水母聽覺器官特殊，能感覺到次聲波；（3）制成仿生儀器水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀.5.人和一些動(dòng)物發(fā)聲頻率和聽覺頻率范圍說明 （1）每個(gè)人的聽覺范圍并不相同.有些年輕人可以感覺到低于20 hz的聲音，年齡越大，越聽不見頻率較低或較高的聲音；（2）各類動(dòng)物之間的聽覺范圍區(qū)別較大.有些動(dòng)物，如蝙蝠、海豚、飛蛾等能聽見超聲波，而大象、鯨等能聽見次聲波.探究體驗(yàn)【例5】 如圖4.4-8所示，在一次魔術(shù)表演中，一名馴獸師問他帶來的狗：“22等于幾”，狗

9、立即叫四聲.觀眾馬上會(huì)為這條聰明的狗所傾倒，你能解釋這種現(xiàn)象嗎？圖4.4-8思路與技巧 許多物理知識(shí)運(yùn)用到魔術(shù)中.實(shí)際上還有一名助手在幫忙，利用獸類聽覺頻率和人的不同，發(fā)出獸能聽見而人卻不能聽見的超聲波的緣故.答案 臺(tái)下馴獸師的助手，吹了四下哨聲，而這種哨聲頻率太高，人自己聽不見，狗可聽見因而立即叫了四聲.【例 6】 1932年的夏天，一位氣象學(xué)家隨著蘇聯(lián)探險(xiǎn)船到北冰洋去考察天氣.一天，他在放送探測氣球時(shí)，無意地將臉頰貼了一下氣球，竟感到了一種劇烈的震蕩，疼得他大叫了一聲.當(dāng)天夜晚，探險(xiǎn)船遭到了強(qiáng)風(fēng)暴的襲擊.氣球的震蕩和未來的風(fēng)暴是巧合，還是有什么聯(lián)系？蘇聯(lián)科學(xué)家舒雷金決心進(jìn)行一番研究.他們在

10、靠海的研究站上不斷放出氣球，然后用儀器來記錄那些氣球震蕩的情況，居然發(fā)現(xiàn)，在氣球發(fā)生強(qiáng)烈震蕩以后，往往會(huì)有風(fēng)暴出現(xiàn)！簡述這是什么原因.思路與技巧 強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)要發(fā)出次聲波，而次聲波傳播比風(fēng)暴快得多，且能量損失得慢，傳得遠(yuǎn).答案 強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)發(fā)生次聲波，傳播得快而遠(yuǎn)，引起氣球的振動(dòng)，振動(dòng)氣球具有能量，碰到臉頰上使人就感到很疼.聊天室話題：蝙蝠的導(dǎo)航系統(tǒng)胖胖：蝙蝠為什么能在黑暗中飛翔自如，并能捕捉到昆蟲？老師：科學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在房間里布上鐵絲網(wǎng)，有的網(wǎng)孔比蝙蝠展開的翅膀還要小.把蝙蝠的雙眼蒙住，再用攝像機(jī)攝錄它的飛行情況，它們竟能飛行自如，穿來穿去，捕捉昆蟲如圖4.4-9.圖 4.4-9

11、 蝙蝠的眼睛樂樂：如果把蝙蝠的耳朵堵上，再讓它睜著眼在黑暗的實(shí)驗(yàn)室里穿網(wǎng)捕食，情況怎樣？老師：這一下，蝙蝠卻成了“瞎子”，不時(shí)撞在網(wǎng)上，有時(shí)甚至落到地上，難道蝙蝠是用耳朵“看”東西嗎？實(shí)驗(yàn)室里是靜悄悄的，鐵絲也沒發(fā)出聲音呀！胖胖：再把蝙蝠的眼睛和耳朵全敞開，用棉球?qū)⑺淖於伦。恢獣?huì)怎樣？老師：放入實(shí)驗(yàn)室后，蝙蝠又成了“瞎子”，碰網(wǎng)落地.這說明，蝙蝠是用嘴和耳來辨別方向、識(shí)別障礙的.蝙蝠的嘴是一個(gè)超聲波發(fā)生器，每隔一定時(shí)間就發(fā)出一次超聲波.它發(fā)出的超聲波碰到障礙物就反射回來.蝙蝠的耳朵是個(gè)靈敏的超聲波接收器，它利用反射回來的超聲波判斷前方有沒有障礙.有的學(xué)者認(rèn)為，蝙蝠利用超聲波識(shí)別障礙物，并不

12、是簡單的回聲測距，而是聽到回聲以后，能在腦中形成圖像，蝙蝠體內(nèi)可能存在一種“聲全息感覺系統(tǒng)”.快樂套餐1.（多選題）關(guān)于聲吶（sonar），下列說法正確的是（ ）a.它是利用次聲波定位的b.它本身必須能發(fā)射超聲波c.它本身必須能接收超聲波d.它能確定物體的遠(yuǎn)近2.（太原市中考題）人能感受的聲音頻率有一定的范圍，大多數(shù)人能夠聽到聲音的頻率范圍大約是2020000次每秒.人們把低于20次每秒的聲音叫次聲波，把高于20000次每秒的聲音叫超聲波.大象進(jìn)行交流的“聲音”是一種次聲波，人類聽不到大象的“聲音”，是因?yàn)椋?）a.大象發(fā)出的聲音太小b.次聲波無法傳到人耳c.次聲波的頻率大于20000次每秒d

13、.次聲波的頻率小于20次每秒3.（佛山市中考題）科學(xué)家在對(duì)蝙蝠的研究中，曾經(jīng)用黑布將蝙蝠的雙眼蒙上，發(fā)現(xiàn)蝙蝠也可以很正常地飛行，沒有受到一點(diǎn)影響，這是因?yàn)椋?）a. 蝙蝠在飛行時(shí)會(huì)發(fā)出次聲波，根據(jù)回聲定位原理來飛行b. 蝙蝠的眼睛會(huì)發(fā)出超聲波，穿透黑布，清楚地看到黑布外面的目標(biāo)c. 蝙蝠在飛行時(shí)會(huì)發(fā)出超聲波，根據(jù)回聲定位原理來飛行d.黑布太薄會(huì)透光，蝙蝠可以很清楚地看到黑布外面的目標(biāo)4.地震是地球上某個(gè)部位發(fā)生的劇烈振動(dòng)，人們卻聽不到這種振動(dòng)的聲音，這是由于（ ）a.聲音不夠響b.聲音音調(diào)太高c.聲源振動(dòng)頻率低于 20 hzd.聲音是噪音而不是樂音5.下列說法中不正確的是（ ）a.利用強(qiáng)超聲波

14、對(duì)鋼鐵、寶石、金剛石等堅(jiān)硬物體進(jìn)行鉆孔和切割加工b.在建筑方面，設(shè)計(jì)、建造大廳堂時(shí)，必須把回聲現(xiàn)象作為重要因素加以考慮c.在石油勘探時(shí)，常采用人工地震的方法，即在地面上埋好炸藥包，放上一列探頭，把炸藥引爆，探頭就可以接受到地下不同層間界面反射回來的聲波，從而探測出地下油礦d.利用超聲波能夠預(yù)報(bào)地震、偵察臺(tái)風(fēng)和大氣中的核爆炸6.超聲波具有、等特點(diǎn).超聲波主要應(yīng)用于、等方面.7.次聲波具有等特點(diǎn)，監(jiān)測與控制次聲波有助于減小它的危害，次聲波主要應(yīng)用于、等.8.如圖4.4-10，蝙蝠在飛行中發(fā)出，根據(jù)到來的方位和時(shí)間確定目標(biāo)的位置和距離，根據(jù)這一原理，科學(xué)家發(fā)明了，用來探測魚群、探知海深等.圖4.4-

15、109.下面是幾種動(dòng)物和人能聽到的聲音的頻率范區(qū)（單位：hz）：（1）鱷魚：206000；（2）青蛙：508000；（3）貓：6035000；（4）人：2020000；（5）狗：155000；（6）知更鳥：25021000.上述的動(dòng)物和人中，能聽到次聲的有，能聽到超聲的有，超聲和次聲都聽不到的是.10.聲響是人們利用超聲波、等特點(diǎn)制成的.監(jiān)測與控制有助于減少它的危害，并可以用來預(yù)報(bào)地震、臺(tái)風(fēng)和監(jiān)測核爆炸.11.請把下列現(xiàn)象與有關(guān)知識(shí)用線連接起來：次聲波 超聲波焊接探傷加工預(yù)報(bào)地震聲吶遙測核爆炸12.如圖4.4-11一艘漁船在海上用聲吶探測魚群，當(dāng)向魚群發(fā)出超聲波后 4s收到返回的超聲波，求這群

16、魚當(dāng)時(shí)離漁船多遠(yuǎn)？若當(dāng)超聲波到達(dá)魚群后，魚群以3ms的速度向遠(yuǎn)離漁船的方向直線游去，則漁船收到超聲波時(shí)，魚群游動(dòng)了多遠(yuǎn)（超聲波在海水中的速度為1500ms）？圖4.4-1113.1976年 7月28日我國唐山大地震前夕，離唐山不遠(yuǎn)的沿海漁場，許多魚上浮、翻白；7月25日某魚塘中的草魚成群跳躍；7月27日“長湖號(hào)”油輪在天津大沽口海面，發(fā)現(xiàn)水母突然增多，魚類驚恐不安.此外還發(fā)現(xiàn)老鼠逃出鼠洞，牛馬不入圈，雞犬不寧等異?，F(xiàn)象，簡述這是什么道理.14.為什么超聲波手術(shù)刀能除去體內(nèi)的結(jié)石？15.如圖4.4-12，找一個(gè)豆奶盒，在其底部開一小孔，將豆奶排出，用手拍擊薄膜部分.圖 4.4-12猜一猜：這時(shí)你

17、聽到什么？發(fā)現(xiàn)什么？這說明什么物理道理.16.（?？趯?shí)驗(yàn)區(qū)中考題）圖4.4-13中分別列出了幾種動(dòng)物可聽到聲音的最高頻率和能發(fā)出聲音的最高頻率，請根據(jù)圖表給出的信息回答下列問題：（1）海豚能發(fā)出聲音的最高頻率為多大？狗可聽到聲音的最高頻率為多大？（2）如果聲音在空氣中的傳播速度是330ms，運(yùn)用下面公式計(jì)算人可聽到最高頻率聲音的波長.波長=速度/頻率.圖 4.4-1317.利用超聲技術(shù)已開發(fā)出不少家電產(chǎn)品，如超聲波洗衣機(jī)、超聲波洗碗機(jī)等.次聲波有什么用途呢？請到圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查找有關(guān)資料，寫一篇“超聲技術(shù)與家電”或介紹“次聲波應(yīng)用”的科學(xué)報(bào)告.18.夏天的郊外，你會(huì)聽到許多你熟悉的聲音，如蛐

18、蛐叫、蛙叫但也有你聽不到的聲音，哪些物體發(fā)出的聲音你聽得到？哪些物體發(fā)出的聲音你聽不到呢？ 19.人耳聽不到聲音的原因很多，但并不一定都是由于聽不到“超聲”和“次聲”的緣故，也有其他原因，你能設(shè)計(jì)幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)概括說明一下人耳聽不到聲音的各種原因嗎？20.圖4.4-14中的三幅圖是超聲波的應(yīng)用，請將對(duì)應(yīng)的序號(hào)填出：（1）超聲波測速；（2）用b超檢測胎兒發(fā)育情況；（3）超聲探測沉船和魚群.圖4.4-1421.閱讀材料白宮“鬧鬼”近日就有人傳出美國白宮頻頻鬧鬼，打開美國白宮官方網(wǎng)站，上面居然有一個(gè)關(guān)于“白宮幽靈”的鏈接.打開鏈接中的錄像文件，看到夜幕下的白宮，一會(huì)兒某個(gè)臥室的門突然自動(dòng)打開，某個(gè)地方突

19、然發(fā)出神秘的聲音；一會(huì)兒，房間里燃得好好的蠟燭又莫名其妙地熄滅英國著名心理學(xué)家理查德懷斯曼在一個(gè)音樂會(huì)現(xiàn)場做過這樣的試驗(yàn).在演奏的4首曲目中加入了低頻音波，也就是振動(dòng)頻率低于20赫茲的次聲波.音樂演奏完后，理查德懷斯曼讓聽眾描述音樂帶給他們的感受.到場的聽眾都說，樂曲演奏時(shí)他們產(chǎn)生了一系列奇異的感受，例如不安、悲傷、厭惡、害怕等，有的人甚至感到脊背上有涼意，這和人們感到在“鬧鬼”的時(shí)候的感受極其相似.中科院聲學(xué)研究所謝金來研究員說，人體內(nèi)臟固有的振動(dòng)頻率在 0.01赫茲到20赫茲之間和次聲頻率相近似，如果外來的次聲頻率與人體內(nèi)臟的振動(dòng)頻率相似或相同，就會(huì)引起共振影響人的情緒，使人感到頭暈、心煩

20、意亂、焦慮甚至耳鳴、惡心等等.尤其是當(dāng)人的腹腔、胸腔等固有的振動(dòng)頻率與外來次聲頻率一致時(shí)，更易引起人體內(nèi)臟的共振，使人體內(nèi)臟受損而喪命.請回答：（1）你相信真的有“鬼”嗎？（2）為什么燃得好好的蠟燭會(huì)熄滅？（3）人為什么有恐懼感？（4）用一句話概括這些現(xiàn)象的實(shí)質(zhì).22.閱讀材料仿生驅(qū)蟲儀在億萬年的生物進(jìn)化過程中，許多昆蟲具有逃避蝙蝠的本領(lǐng)，它們一聽到蝙蝠的叫聲就立即飛跑.這些懼怕蝙蝠的昆蟲，大多數(shù)是農(nóng)業(yè)害蟲.科學(xué)家的研究，啟發(fā)了農(nóng)業(yè)專家，他們想：能不能模仿蝙蝠發(fā)出的超聲波，來驅(qū)趕農(nóng)田害蟲呢？人們在棉田里播放21khz的“假蝙蝠叫聲”，嚇得象鼻蟲蛾聞聲而逃.如圖4.4-15所示.圖4.4-15 超聲波驅(qū)蟲有一種玉米鉆心蟲，十分可惡，它的成蟲也是夜里活動(dòng)的蛾子.科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)，玉米鉆心蟲蛾子的腹部有成對(duì)的鼓膜器，如果用22 khz的超聲波刺激它，鼓膜神經(jīng)便會(huì)有反應(yīng)這一定是對(duì)付蝙蝠的器官.于是，人們在野