导学案：2.3 声的利用（教师版）

学而优教有方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20Hz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.①②B.③④C.①②③D.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11.5m，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20HzB．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