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【名师解读】八年级物理第四章第四节《超声波》精品导学学案(北师大版)全面版


【名师解读】八年级物理第四章第四节《超声波》精品
导学学案(北师大版)
探究目标 1.知识与技能 知道超声波、次声波的产生与应用;了解声呐及 B 超工作原理. 2.过程与方法 在参观、调查及上网过程中获得超声波知识;了解动物对超声波的利用. 3.情感、态度与价值观 在了解超声波、次声波在现代技术的应用中,增强对科学的热 爱.
探究指导 物理宫殿 1.超声波(supersonic wave) 高于 20 000Hz 的声波称为超声波.蚊子、猫、狗和家畜等动物能听到.其特点是方向性好、 穿透能力强,易于获得较集中的声能量. 2.超声波的应用 (1)声呐(sonar):声呐是一个监测反射声波的系统.人们利用在水中超声波比光波和 无线电波传播得远,且定向性好的特点制成了声呐装置,让它向海下发出高频超声波,依据 回声声波的时间,可以测出水下障碍物所处位置、形状和大小; (2)回声定位:如图 4.4-1 甲所示,轮船利用超声波探测船下的水深.发射器发射超声
脉冲,声呐仪监测到反射来的回音,从而可算出水深.水深(h)= 1 ×水中的声速(v)×所花 2
时间(t);如图 4.4-1 乙,黑夜里,蝙蝠利用超声波导航;
图 4.4-1 【例 1】 2000 年 8 月,俄罗斯的库尔斯克号核潜艇在巴伦支海遇难.探测专家用超声 波可探测到潜艇的确切位置.超声波在海水中的波速 v=1450m/s,在潜艇正上方海面向下 发出超声波,从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间为 t=0.146s,则潜艇沉没的 实际深度 h 约为多大(取整数值)? 思路与技巧 超声波从发出到接收共用时间 t=0.146s,则超声波从发出到潜艇处共用
时间为 1 ×0.146s,再根据超声波在水中的速度便可求出潜艇沉没的深度 h.. 2
答案 潜艇沉没的实际深度 h=1450m/s×0.073≈106m. (3)B 超:超声波能够成像,让超声波射入人体内,会在不均匀处和分界面上反射成 像,即内脏的“声”像.利用 B 型超声波诊断仪可以观察到人体内器官及胎儿生长发育情况, 如图 4.4-2 所示;

图 4.4-2 胎儿的 B 超图像 (4)超声波去污(碎石):超声波能使清洗液产生剧烈的振荡,有去污作用,如图 4.4-3 甲.此外超声波还能传递能量击碎人体内结石,如图 4.4-3 乙;

图 4.4-3 (5)超声波探伤:如图 4.4-4 所示,利用超声波的穿透与反射特性探测金属内部的裂 纹、气泡等缺陷;

图 4.4-4

图 4.4-5 超声波速度测定器

(6)超声波测声速:向行驶车辆发出超声波被车辆反射回来,测速仪接收到声波频率

会发生变化,从而确定车辆速度,如图 4.4-5 所示.

【例 2】 超声波具有、等特点,超声波主要用于、、、等方面.

思路与技巧 与其他可听声相比,超声波具有方向性好、穿透力强,易于获得集中声波

等特点,因而有着广泛的应用.

答案 方向性好、穿透力强;航海探测、医疗诊断、医疗治疗、金属探伤等.

【例 3】 蝙蝠夜间出来活动从来不会撞到墙壁、树枝上,以下解释正确的是( )

A.蝙蝠的眼睛有夜视功能

B.夜晚有月光

C. 蝙蝠发出超声波可以在物体上返回,根据回声就可以判定物体的位置和在距离

D. 蝙蝠的嗅觉很好,可以嗅出前面是否有物体

图 4.4-6 思路与技巧 蝙蝠在飞行时发出超声波,超声波碰到墙壁或昆虫时反射回来,根据回 声到来的方位和时间,蝙蝠就可以确定目标的位置和距离.声呐就是模拟蝙蝠回声定位的原 理制成的仿生波装置.

答案 C. 3.次声波(subsonic) 低于 20 Hz 的声波称为次声波.其特点是传播时能量损失小,能传得很远. 4.次声波的应用 (1)预测自然灾害:火山爆发、龙卷风、海啸、台风等在发生前会先有次声辐射,利 用次声监测仪进行预测.此外很多动物能听到次声,在台风来临时,海蚤听到了“警报”能 到远处躲藏起来.地震前动物惊恐(草鱼跳跃,鸽子不安); (2)一定强度的次声波对人体造成严重危害,使人产生恐惧、恶心、神经错乱,甚至 五脏破裂,强大次声波还会对机器设备、建筑物造成破坏; (3)军事监测:在大气层内进行核爆炸会产生巨大的次声波,用一种高灵敏度的监测 装置(又叫大耳朵)就可探测到核爆炸的强度和位置.目前已建成全球性核试验监测网.地球 上任何一个角落进行的核试验都不可能逃过“大耳朵”的“监听”. 【例 4】 阅读材料
水母的顺风耳 生活在海边的渔民看见过这样的情景:风和日丽,平静的海面上出现一把把小小的“降 落伞”——水母.它们在近海处悠闲自得地升降、漂游.忽然水母像听见什么命令似的,纷纷 离开海岸,游向大海,不一会儿,狂风呼啸,波涛汹涌,风暴来临了. 为什么水母能预知未来的风暴呢?科学家经过多年的观察研究,发现水母的听觉器官特 殊,能够感觉到次声波.当风暴来临时,空气和波浪摩擦会产生振动频率为 8~12Hz 的次声 波.次声波传播的速度比风暴快得多,这样水母就能提前知道即将到来的风暴. 根据水母听觉器官的构造,科学家设计了“水母耳”仪器,它是由喇叭、共振器、传感 器和指示器等组成.出海的船只安装了这种仪器,便可以提前知道风暴从哪里来,强度如何, 从而做好安全准备.
图 4.4-7 请回答:(1)次声波传播有何特点? (2)水母为何能预测风暴? (3)举例说明水母这种特点的应用. 思路与技巧 这是一道信息收集处理题,考查信息的收集、处理和交流能力.材料的第 二段“次声波传播速度比风暴快得多”“水母听觉器官特殊,能感觉到次声波”是中心句. 答案 (1)次声波传播的速度比风暴快得多; (2)水母听觉器官特殊,能感觉到次声波; (3)制成仿生仪器——水母耳风暴预测仪. 5.人和一些动物发声频率和听觉频率范围

说明 (1)每个人的听觉范围并不相同.有些年轻人可以感觉到低于 20 Hz 的声音,年 龄越大,越听不见频率较低或较高的声音;
(2)各类动物之间的听觉范围区别较大.有些动物,如蝙蝠、海豚、飞蛾等能听见超声 波,而大象、鲸等能听见次声波.
探究体验 【例 5】 如图 4.4-8 所示,在一次魔术表演中,一名驯兽师问他带来的狗:“2+2 等 于几”,狗立即叫四声.观众马上会为这条聪明的狗所倾倒,你能解释这种现象吗?
图 4.4-8 思路与技巧 许多物理知识运用到魔术中.实际上还有一名助手在帮忙,利用兽类听觉 频率和人的不同,发出兽能听见而人却不能听见的超声波的缘故. 答案 台下驯兽师的助手,吹了四下哨声,而这种哨声频率太高,人自己听不见,狗可 听见因而立即叫了四声. 【例 6】 1932 年的夏天,一位气象学家随着苏联探险船到北冰洋去考察天气.一天, 他在放送探测气球时,无意地将脸颊贴了一下气球,竟感到了一种剧烈的震荡,疼得他大叫 了一声.当天夜晚,探险船遭到了强风暴的袭击. 气球的震荡和未来的风暴是巧合,还是有什么联系?苏联科学家舒雷金决心进行一番研 究.他们在靠海的研究站上不断放出气球,然后用仪器来记录那些气球震荡的情况,居然发 现,在气球发生强烈震荡以后,往往会有风暴出现!简述这是什么原因. 思路与技巧 强风暴发生时要发出次声波,而次声波传播比风暴快得多,且能量损失得 慢,传得远. 答案 强风暴发生时发生次声波,传播得快而远,引起气球的振动,振动气球具有能量, 碰到脸颊上使人就感到很疼.
聊天室

话题:蝙蝠的导航系统 胖胖:蝙蝠为什么能在黑暗中飞翔自如,并能捕捉到昆虫? 老师:科学家做了一个有趣的实验:在房间里布上铁丝网,有的网孔比蝙蝠展开的翅膀 还要小.把蝙蝠的双眼蒙住,再用摄像机摄录它的飞行情况,它们竟能飞行自如,穿来穿去, 捕捉昆虫如图 4.4-9.
图 4.4-9 蝙蝠的眼睛 乐乐:如果把蝙蝠的耳朵堵上,再让它睁着眼在黑暗的实验室里穿网捕食,情况怎样? 老师:这一下,蝙蝠却成了“瞎子”,不时撞在网上,有时甚至落到地上,难道蝙蝠是 用耳朵“看”东西吗?实验室里是静悄悄的,铁丝也没发出声音呀! 胖胖:再把蝙蝠的眼睛和耳朵全敞开,用棉球将它的嘴堵住,不知会怎样? 老师:放入实验室后,蝙蝠又成了“瞎子”,碰网落地.这说明,蝙蝠是用嘴和耳来辨别 方向、识别障碍的.蝙蝠的嘴是一个超声波发生器,每隔一定时间就发出一次超声波.它发出 的超声波碰到障碍物就反射回来.蝙蝠的耳朵是个灵敏的超声波接收器,它利用反射回来的 超声波判断前方有没有障碍.有的学者认为,蝙蝠利用超声波识别障碍物,并不是简单的回 声测距,而是听到回声以后,能在脑中形成图像,蝙蝠体内可能存在一种“声全息感觉系统”.
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1.(多选题)关于声呐(sonar),下列说法正确的是( ) A.它是利用次声波定位的 B.它本身必须能发射超声波 C.它本身必须能接收超声波 D.它能确定物体的远近 2.(太原市中考题)人能感受的声音频率有一定的范围,大多数人能够听到声音的频率 范围大约是 20~20000 次每秒.人们把低于 20 次每秒的声音叫次声波,把高于 20000 次每秒 的声音叫超声波.大象进行交流的“声音”是一种次声波,人类听不到大象的“声音”,是因 为( ) A.大象发出的声音太小 B.次声波无法传到人耳 C.次声波的频率大于 20000 次每秒 D.次声波的频率小于 20 次每秒 3.(佛山市中考题)科学家在对蝙蝠的研究中,曾经用黑布将蝙蝠的双眼蒙上,发现蝙 蝠也可以很正常地飞行,没有受到一点影响,这是因为( ) A. 蝙蝠在飞行时会发出次声波,根据回声定位原理来飞行

B. 蝙蝠的眼睛会发出超声波,穿透黑布,清楚地看到黑布外面的目标 C. 蝙蝠在飞行时会发出超声波,根据回声定位原理来飞行 D.黑布太薄会透光,蝙蝠可以很清楚地看到黑布外面的目标 4.地震是地球上某个部位发生的剧烈振动,人们却听不到这种振动的声音,这是由于 () A.声音不够响 B.声音音调太高 C.声源振动频率低于 20 Hz D.声音是噪音而不是乐音 5.下列说法中不正确的是( ) A.利用强超声波对钢铁、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切割加工 B.在建筑方面,设计、建造大厅堂时,必须把回声现象作为重要因素加以考虑 C.在石油勘探时,常采用人工地震的方法,即在地面上埋好炸药包,放上一列探头,把 炸药引爆,探头就可以接受到地下不同层间界面反射回来的声波,从而探测出地下油矿 D.利用超声波能够预报地震、侦察台风和大气中的核爆炸 6.超声波具有、等特点.超声波主要应用于、、、等方面. 7.次声波具有等特点,监测与控制次声波有助于减小它的危害,次声波主要应用于、、 等. 8.如图 4.4-10,蝙蝠在飞行中发出,根据到来的方位和时间确定目标的位置和距离,根 据这一原理,科学家发明了,用来探测鱼群、探知海深等.
图 4.4-10 9.下面是几种动物和人能听到的声音的频率范区(单位:Hz): (1)鳄鱼:20——6000;(2)青蛙:50——8000; (3)猫:60——35000;(4)人:20——20000; (5)狗:15——5000;(6)知更鸟:250——21000. 上述的动物和人中,能听到次声的有,能听到超声的有,超声和次声都听不到的是. 10.声响是人们利用超声波、等特点制成的.监测与控制有助于减少它的危害,并可以用 来预报地震、台风和监测核爆炸. 11.请把下列现象与有关知识用线连接起来:
次声波 超声波
焊接探伤加工预报地震声呐遥测核爆炸 12.如图 4.4-11 一艘渔船在海上用声呐探测鱼群,当向鱼群发出超声波后 4s 收到返回的 超声波,求这群鱼当时离渔船多远?若当超声波到达鱼群后,鱼群以 3m/s 的速度向远离

渔船的方向直线游去,则渔船收到超声波时,鱼群游动了多远(超声波在海水中的速度为 1500m/s)?
图 4.4-11 13.1976 年 7 月 28 日我国唐山大地震前夕,离唐山不远的沿海渔场,许多鱼上浮、翻 白;7 月 25 日某鱼塘中的草鱼成群跳跃;7 月 27 日“长湖号”油轮在天津大沽口海面,发 现水母突然增多,鱼类惊恐不安.此外还发现老鼠逃出鼠洞,牛马不入圈,鸡犬不宁等异常 现象,简述这是什么道理.
14.为什么超声波手术刀能除去体内的结石?
15.如图 4.4-12,找一个豆奶盒,在其底部开一小孔,将豆奶排出,用手拍击薄膜部分.
图 4.4-12 猜一猜:这时你听到什么?发现什么?这说明什么物理道理.
16.(海口实验区中考题)图 4.4-13 中分别列出了几种动物可听到声音的最高频率和能 发出声音的最高频率,请根据图表给出的信息回答下列问题:

(1)海豚能发出声音的最高频率为多大?狗可听到声音的最高频率为多大? (2)如果声音在空气中的传播速度是 330m/s,运用下面公式计算人可听到最高频率 声音的波长.波长=速度/频率.
图 4.4-13
17.利用超声技术已开发出不少家电产品,如超声波洗衣机、超声波洗碗机等.次声波有 什么用途呢?请到图书馆或互联网上查找有关资料,写一篇“超声技术与家电”或介绍“次 声波应用”的科学报告.
18.夏天的郊外,你会听到许多你熟悉的声音,如蛐蛐叫、蛙叫……但也有你听不到的 声音,哪些物体发出的声音你听得到?哪些物体发出的声音你听不到呢?
19.人耳听不到声音的原因很多,但并不一定都是由于听不到“超声”和“次声”的缘 故,也有其他原因,你能设计几个小实验概括说明一下人耳听不到声音的各种原因吗?
20.图 4.4-14 中的三幅图是超声波的应用,请将对应的序号填出: (1)超声波测速; (2)用 B 超检测胎儿发育情况; (3)超声探测沉船和鱼群.

图 4.4-14
21.阅读材料 白宫“闹鬼”
近日就有人传出美国白宫频频闹鬼,打开美国白宫官方网站,上面居然有一个关于“白 宫幽灵”的链接.打开链接中的录像文件,看到夜幕下的白宫,一会儿某个卧室的门突然自 动打开,某个地方突然发出神秘的声音;一会儿,房间里燃得好好的蜡烛又莫名其妙地熄 灭……
英国著名心理学家理查德·怀斯曼在一个音乐会现场做过这样的试验.在演奏的 4 首曲 目中加入了低频音波,也就是振动频率低于 20 赫兹的次声波.
音乐演奏完后,理查德·怀斯曼让听众描述音乐带给他们的感受.到场的听众都说,乐 曲演奏时他们产生了一系列奇异的感受,例如不安、悲伤、厌恶、害怕等,有的人甚至感到 脊背上有凉意,这和人们感到在“闹鬼”的时候的感受极其相似.
中科院声学研究所谢金来研究员说,人体内脏固有的振动频率在 0.01 赫兹到 20 赫兹之 间和次声频率相近似,如果外来的次声频率与人体内脏的振动频率相似或相同,就会引起共 振影响人的情绪,使人感到头晕、心烦意乱、焦虑甚至耳鸣、恶心等等.尤其是当人的腹腔、 胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时,更易引起人体内脏的共振,使人体内脏受损 而丧命.
请回答:(1)你相信真的有“鬼”吗? (2)为什么燃得好好的蜡烛会熄灭? (3)人为什么有恐惧感? (4)用一句话概括这些现象的实质. 22.阅读材料
仿生驱虫仪 在亿万年的生物进化过程中,许多昆虫具有逃避蝙蝠的本领,它们一听到蝙蝠的叫声就 立即飞跑.这些惧怕蝙蝠的昆虫,大多数是农业害虫. 科学家的研究,启发了农业专家,他们想:能不能模仿蝙蝠发出的超声波,来驱赶农田 害虫呢? 人们在棉田里播放 21kHz 的“假蝙蝠叫声”,吓得象鼻虫蛾闻声而逃.如图 4.4-15 所示.

图 4.4-15 超声波驱虫 有一种玉米钻心虫,十分可恶,它的成虫也是夜里活动的蛾子.科学工作者发现,玉米 钻心虫蛾子的腹部有成对的鼓膜器,如果用 22 kHz 的超声波刺激它,鼓膜神经便会有反应 ——这一定是对付蝙蝠的器官.于是,人们在野外进行了超声驱虫的实验:在实验田里,每 晚播放超声波,使它的频率与强度和蝙蝠相同,从六月中旬开始,一直到玉米成熟,结果实 验田受虫害的玉米远比对照田少. 请回答:(1)读完本文后你有何启发? (2)举出生活中的仿生仪器.

参考答案
[快乐套餐] 1.B、C、D 2.D 3.C 4.C 5.D 6.方向性好;穿透力强;航海探测;医疗治疗;金属探伤;医疗;诊断 7.能量损失小;传播得远;预报地震;台风;监测核爆炸 8.超声波;超声波;声呐 9.狗;猫;知更鸟;青蛙 10.容易会聚;传播得远;次声波 11.

12.鱼群当时离船的距离为:s=vt=1500m/s×4s× 1 =3000m;鱼群游动的距离为: 2

s′=v′t′=3m/s×4s× 1 =6m(点拨:超声波到达鱼群所用的时间为:t=4s× 1 =2s,鱼群

2

2

接受超声波到超声波返回渔船的时间也为 2s.利用 s=vt 可求出这时鱼群游动的距离)

13.地震发出次声波,动物对次声波反应敏捷(点拨:动物与地震的关系,现仍处于探

索阶段,其奥秘有待本书读者去探索)

14.超声波带有较大能量,碰到人体内结石时,结石会被击成碎片,加服中药便可顺利

排出

15.听到拍击声;看到烛焰熄灭;声波能传递能量

16.(1)海豚;120KHZ;狗:50KHZ (2)1.65cm

17、18.略 19.(1)晃动胳膊,听不到,次声的原因 (2)远处听不到,响度太小的原因 (3) 音箱中的纸盒撕掉,听不到,无法振动的原因 20.(1)C (2)A (3)B 21.(1)不相信 (2)次声波作用的结果 (3)次声波振动频率与人体内脏的振动 频率接近 (4)次声波作用的结果 22.(1)略 (2)隐形战斗机、雷达等
选择朋友要经过周密考察,要经过命运的考验,不论是对其意志力还是理解力都应事先检验,看其是否值得信赖。此乃人生成败之关键,但世人对此很少费心。虽然多管闲事也能带来友谊, 但大多数友谊则纯靠机遇。人们根据你的朋友判断你的为人:智者永远不与愚者为伍。乐与某人为伍,并不表示他是知已。有时我们对一个人的才华没有信心,但仍能高度评价他的幽默感。 有的友谊不够纯洁,但能带来快乐;有些友谊真挚,其内涵丰富,并能孕育成功。一位朋友的见识比多人的祝福可贵得多。所以朋友要精心挑选,而不是随意结交。聪明的朋友则会驱散忧愁, 而愚蠢的朋友会聚集忧患。此外,若想让友谊地久天长。这需要技巧和判断力。有的朋友需近处,有的则需远交。不善言谈的朋友可能擅长写信。距离能净化近在身边无法容忍的缺陷。交友 不宜只图快乐,也要讲求实用。一位朋友等于一切。世间任一美好事物的三大特点,友谊兼而有之:真、善、专一。良友难遇,如不挑选则更难求。保住老朋友,比结交新朋友更重要。交友 当寻可长久之友,如得其人,今日之新交,他年自成老友。最好的朋友是那些历久常新,能与之共享生活体验者。没有朋友的人生是一片荒原。友谊使欢乐加倍,痛苦减半;它是应对厄运的 不二良方,是可以滋润心田的美酒。



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