初中物理八年级上册第二章声现象第3节声的利用知识清单

初中物理八年级上册第二章声现象第3节声的利用知识清单  【课程标准要求】▲▲通过实验，认识声的传播和利用。了解超声波和次声波在现代技术与社会生活中的应用。能对声的利用实例进行分类，培养将物理知识应用于实际生活的意识和跨学科实践能力。  【核心素养聚焦】▲物理观念：建立“声音既是信息的载体，也是能量的载体”的物理观念。科学思维：通过分类、对比，培养分析实例、归纳共性的逻辑思维能力。科学探究：通过观察演示实验（如扬声器旁的烛焰），经历“提出问题—观察现象—分析论证—得出结论”的探究过程。科学态度与责任：了解声技术对人类生活和社会发展的贡献，激发学习物理的兴趣和科技强国的责任感。  【新知梳理】  一、声与信息（声音可以传递信息）【重要】【高频考点】  （一）概念建立：声音可以传递信息，是指人们利用声音的发出和接收，获得对客观事物原有属性或状态的认知。即通过声音来“了解世界”。信息是附着在声音信号上的，通过对声音的特征（音调、响度、音色）及回声情况的分析，可以推断出发声体的本质特征或周围环境的情况。  （二）生活实例归类分析【重点】  1.大自然中的信息传递：轰隆隆的雷声预示着大雨将至；动物的鸣叫（如大象用次声波交流、海豚用超声波定位与交流）传递了警报、求偶、位置等信息。  2.医疗领域【热点】：  （1）听诊器：医生利用听诊器收集患者心肺等器官振动时发出的声音，通过辨别声音的正常与否来诊断疾病。其原理是声音通过空气和橡胶管（或金属管）传播，减少了声音的分散，增大了响度，从而将信息更清晰地传递给医生1。  （2）B超（超声波诊断）：向人体内发射超声波，超声波遇到人体不同组织（如正常组织与病变组织、胎儿与羊水）的分界面时会反射回来，仪器接收反射波（回声），并将其携带的信息转换为图像显示在屏幕上。这利用了超声波方向性好、穿透能力强的特点4。  3.工业与交通领域：  （1）工业探伤：利用超声波可以穿透金属材料，并在内部缺陷（如裂纹、气泡）处发生反射的特性，来探测金属部件内部的损伤，而不破坏部件本身2。  （2）质量检测：铁路工人用铁锤敲击钢轨，通过听声音是否异常来判断有无螺栓松动或裂纹；有经验的工人轻敲瓷器或西瓜，通过声音的音调和音色来判断有无裂纹或生熟程度1。  4.回声定位技术【核心应用】：  （1）定义：根据回声到来的方位和时间，来确定目标位置和距离的方法5。  （2）仿生学应用——声呐：蝙蝠在飞行中发出超声波，利用回声定位来探测障碍物和捕食。人们受此启发，发明了声呐（Sonar）。声呐系统向水中发射超声波，并接收从潜艇、鱼群、暗礁或海底反射回来的声波，从而探测它们的方位、距离和性质16。  （3）日常应用：倒车雷达（利用超声波探测车后障碍物距离）、超声导盲仪（将障碍物信息转化为语音信号）等34。  5.次声波的应用：自然界中，地震、火山爆发、台风、海啸、核爆炸等都会产生次声波。这些次声波频率低于20Hz，人耳听不见，但它们传播距离远，能量衰减小。通过接收和分析这些次声波，可以预报灾害性事件发生的方位和强度46。  二、声与能量（声音可以传递能量）【重要】【高频考点】  （一）概念建立：声音可以传递能量，是指声波在传播过程中，能够引起其他物体的振动或使其内能增加，从而实现对客观世界的“改变”。即利用声音来“改变世界”。声波是一种波动，波动本身就携带着能量。  （二）实验探究：扬声器旁的烛焰  将点燃的蜡烛放在正在发声的扬声器（或大鼓）前方，可以观察到烛焰会随着声音的节奏晃动，甚至被“吹”灭。这个现象说明，声音（声波）能够将能量传递给烛焰，引起烛焰的振动45。  （三）生活与科技实例归类分析【重点】  1.医疗领域：  （1）超声波碎石机【热点】：利用高频高能超声波，对准人体的结石（如肾结石、胆结石）进行集中冲击。超声波携带的巨大能量使结石产生高频振动并发生破碎，变成细小的粉末或颗粒，从而随体液排出体外14。  （2）超声波洁牙：利用超声波的高频振动能量，将牙齿表面的牙垢、牙石等震碎并冲刷下来，达到清洁和保健的目的1。  2.工业与日常清洗：  （1）超声波清洗机：将待清洗的精密机械零件（如钟表零件、眼镜、珠宝首饰）放入清洗液中，通入超声波。超声波在液体中传播时，引起液体的剧烈振动，产生大量微小气泡（空化效应）。这些气泡在瞬间破裂时会产生强大的冲击波，从而将物体表面附着的污垢剥离下来。这种清洗方式高效、洁净且不损伤物体表面46。  （2）超声波加湿器/药液雾化器：利用超声波的高频振荡，将水或药液打散成极其微小的雾滴，然后通过风扇扩散到空气中，实现均匀加湿或药物吸入治疗15。  3.特殊加工：利用超声波的高能量，可以对玻璃、陶瓷、宝石等坚硬脆性材料进行钻孔、切割和雕刻。这种加工精度高，且不易造成材料破损。  4.生活中的其他现象：核爆炸、导弹发射、飞机超低空飞行时产生的巨大声音，有时能将附近建筑物的玻璃震碎。这有力地证明了声音可以传递巨大的能量210。  三、超声波与次声波【基础】【难点辨析】  （一）人耳听觉频率范围：20Hz—20000Hz。  （二）超声波（Ultrasound）  1.定义：频率高于20000Hz的声波。  2.特点【重要】：  （1）方向性好：几乎沿直线传播，易于聚焦。  （2）穿透能力强：在固体、液体中传播时，衰减小，能穿透很深远的物体。  （3）能量集中：由于频率高，功率大，可以携带很大的能量。  3.主要应用：回声定位（声呐、B超、倒车雷达）、探伤、清洗、碎石、雾化、加工等。均是利用了其穿透力强（获取信息）或能量集中（传递能量）的特点。  （三）次声波（Infrasound）  1.定义：频率低于20Hz的声波。  2.特点：  （1）传播距离远：大气、海洋和地层对次声波吸收很少，因此它可以传播到极远的地方，甚至绕地球数圈。  （2）能量衰减小。  3.主要应用：  （1）自然灾害预测：监测台风、海啸、地震、火山爆发等产生的次声波，进行预报和预警6。  （2）军事侦察：监测核爆炸、火箭发射等产生的次声波，以确定其位置和当量。  （3）研究自然现象：研究极光、磁暴等自然现象产生的次声波。  【典型例题剖析】【难点】【解题方法】  ▲考向一：区分“传递信息”与“传递能量”【必考】【辨析技巧】  例1：（2022云南改编）生活中，可以用超声波清洗眼镜，这说明超声波能传递______。人们通过拍打西瓜听声音来判别瓜的生熟，这说明声音可以传递______。  【解析】此题考查声的两种利用途径的根本区别。其核心是看最终目的是为了“了解情况”还是为了“改变状态”。  1.超声波清洗眼镜：此过程是利用超声波在液体中引起剧烈振动，产生强大的冲击力，将眼镜上的污垢“震”下来。最终目的是“改变”了眼镜的洁净状态，因此填“能量”。  2.拍瓜听声判生熟：此过程是听声音的音调（生瓜声音清脆，熟瓜声音沉闷）来“了解”瓜的内部成熟情况，最终目的是获得关于瓜的信息，并没有改变瓜的任何状态，因此填“信息”。  【答案】能量；信息。  【解题步骤归纳】【重要】  辨析“传递信息”还是“传递能量”的关键在于分析实例的最终目的和产生的结果：  1.审题：通读题干，明确描述的这个“声”的应用，最后导致了什么结果。  2.找关键词【技巧】：  （1）信息类关键词：听到、判断、诊断、探伤（如金属探伤）、探测、测距、定位、发现、了解、B超检查等。这些词的核心是“认知”8。  （2）能量类关键词：清洗、碎石、洁牙、加湿、除尘、振动、震碎、切削、杀菌等。这些词的核心是“改变”8。  3.最终判断：如果声音是用来让我们“知道”某个情况，就是传递信息；如果声音是用来“做事”、“改变物体状态”，就是传递能量。  ▲考向二：超声波和次声波的应用辨析【基础】【易错点】  例2：（2022青海）地震是一种常见的自然灾害。发生地震时，被困人员可以敲击周围坚硬物体求救。下列说法错误的是（  ）  A.地震时会产生超声波  B.声音可以传递信息  C.声音在固体中传播更快  D.声音的传播需要介质  【解析】  A选项：地震、火山爆发、海啸等大型自然灾害，在爆发前和爆发时会伴随产生大量的次声波（频率低于20Hz），而不是超声波（频率高于20000Hz）。超声波人耳听不见，但可以被仪器接收。故此说法错误。  B选项：被困人员通过敲击发声向外求救，外界接收到声音，就知道这里有被困人员，这体现了声音可以传递信息。说法正确。  C选项：声音的传播速度与介质种类和温度有关。一般情况下，声音在固体中传播最快，液体次之，气体中最慢。敲击固体，声音通过固体和空气传播，固体传声更快。说法正确。  D选项：声音的传播需要介质，真空不能传声。被困人员的敲击声需要通过固体（墙壁、地面）和空气传播出去。说法正确。  【答案】A  【易错点警示】  1.概念混淆：超声波和次声波都是人耳听不见的声波。要记住典型的来源和应用：自然灾害（地震、台风）→次声波（预测）；医疗B超、清洗、倒车雷达→超声波。不能张冠李戴。  2.频率范围记忆错误：超声波的频率是“高于20000Hz”，次声波是“低于20Hz”。人耳可听范围在20Hz20000Hz之间。  ▲考向三：回声测距的计算【难点】【拓展应用】  例3：已知声音在海水中的传播速度为1500m/s。利用声呐系统向海底垂直发射超声波，经4s后接收到回波。求此处海底的深度。  【思路点拨】回声测距的关键是明确路程、速度与时间的关系。特别注意：发射到接收回波的时间t，是声音从发射点传播到障碍物，再从障碍物反射回发射点的总时间，即声音通过“来回双倍路程”所用的时间。  【解题步骤】  1.分析已知量：声速v=1500m/s，从发出到接收到回波的总时间t_total=4s。  2.求声音传播的总路程：根据速度公式v=s/t，声音在4秒内从海面传到海底又返回海面，共走了两个海底深度的距离。  s_total=v×t_total=1500m/s×4s=6000m。  3.求海底深度（单程距离）：海底深度h等于总路程的一半。  h=s_total/2=6000m/2=3000m。  4.作答：此处海底的深度为3000米。  【公式归纳】  设声速为v，从发出到接收到回声的时间为t，则发声处到障碍物的距离s为：  s=(v×t)/2  【重要】使用此公式的前提是障碍物是静止的，且声音沿直线传播。若用来测量运动物体的距离（如测速仪），则公式需根据多普勒效应等进行更复杂的推导。  【配套精练】【基础巩固与能力提升】  一、基础概念辨析题（考查对声的利用途径的理解）  1.下列实例中，属于利用声音传递能量的是（  ）【★】  A.医生用听诊器听诊，诊断病情  B.利用超声波给金属工件探伤  C.利用超声波清洗钟表等精密仪器  D.盲人利用超声导盲仪探测前进道路上的障碍物  2.下列事例中，没有利用声音来传递信息的是（  ）【★】  A.蝙蝠利用“回声”确定目标的位置  B.用超声波清洗精细的机械  C.用B超检查胎儿的情况  D.古代雾中航行的水手通过号角的回声判断悬崖距离  3.关于声的利用，下列说法中正确的是（  ）【★★】  A.铁路工人用铁锤敲击钢轨，会从异常的声音中发现松动的螺栓，说明声可以传递能量  B.医生利用超声波可以更准确地获得人体内部疾病的信息，这说明声可以传递信息  C.医生可以利用超声波除去人体内的结石，这说明声可以传递信息  D.蝙蝠利用“超声”探测飞行中的障碍，这说明“超声”可以传递能量  二、超声波与次声波应用题（考查特点与应用对应关系）  4.地震发生前，许多动物会有异常表现，如鸡飞狗跳、老鼠出洞等，这是因为地震会产生人耳听不到的______（选填“超声波”或“次声波”）。科学家通过监测和分析这种声波，可以提前预警，这利用了声音可以传递______。【★】  5.B超机是利用超声波工作的，它主要利用了超声波（  ）【★★】  A.方向性好、穿透力强的特点，获得体内信息  B.具有巨大能量，可以击碎结石  C.在真空中也能传播  D.遇到障碍物不反射  三、回声测距计算题（考查公式应用）  6.科学工作者为了探测海底某处的深度，向海底垂直发射超声波，经过3s后收到回波信号，海洋中该处的深度是多少米？（声音在海水中传播速度是1530m/s）【★】  7.一辆汽车以20m/s的速度向一座山崖匀速行驶，在经过某处时鸣笛，2s后司机听到了回声。已知声音在空气中的传播速度为340m/s，求鸣笛处距离山崖有多远？【★★★】  四、综合分析题（考查知识迁移能力）  8.阅读材料，回答问题。【★★★】  材料一：超声波因其频率高，波长短，具有良好的方向性和穿透力，常用于医学诊断。例如，B超利用超声波在人体内不同组织界面上的反射形成图像。  材料二：在工业上，可以利用超声波对工件进行探伤，也可以利用超声波清洗精密零件。清洗时，向清洗液中发射高强度超声波，液体中会产生大量微小气泡，气泡破裂时产生强大的冲击力，剥落零件表面的污垢。  材料三：超声波还可以用于加工。例如，利用超声波可以对玻璃、陶瓷等硬脆材料进行钻孔和切割，加工精度高，表面质量好。  （1）材料一和材料二中，分别列举了超声波的哪些应用？它们分别利用了超声波的什么特性？  （2）超声波清洗机在工作时，是利用了声可以传递______（选填“信息”或“能量”）。请从材料二中找出支持你观点的关键词：______。  （3）假设超声波在海水中的传播速度为1500m/s，用超声波测位仪垂直向海底发射信号，并接收到反射回来的信号，共用了2s，那么该处海底的深度是多少？  【配套精练参考答案与解析】  1.【答案】C  【解析】A选项听诊器诊断病情，是获取身体内部状况的信息，属于传递信息。B选项超声波探伤，是通过分析反射波来了解工件内部有无缺陷，属于传递信息。C选项超声波清洗，是利用超声振动产生的冲击力将污垢清除，改变了物体的状态，属于传递能量。D选项导盲仪探测障碍物，是获取障碍物的位置信息，属于传递信息。故C正确。  2.【答案】B  【解析】A、C、D选项中的“确定位置”、“检查情况”、“判断距离”，其最终目的都是为了获得信息，因此是利用声音传递信息。B选项“清洗”机械，目的是改变机械的清洁状态，是利用声音传递能量。故B符合题意。  3.【答案】B  【解析】A选项，从异常声音中发现螺栓松动，是通过声音“发现”问题，属于传递信息，说法错误。B选项，获得人体内部疾病的信息，属于传递信息，说法正确。C选项，除去人体内的结石，是“改变”了结石的状态，属于传递能量，说法错误。D选项，探测障碍物，是“发现”障碍物的位置，属于传递信息，说法错误。故B正确。  4.【答案】次声波；信息  【解析】地震、火山爆发、台风等自然灾害，在爆发时会产生大量的次声波。科学家通过监测分析这种次声波，来预测灾害的发生，这是为了“了解”灾害信息，因此利用了声可以传递信息。  5.【答案】A  【解析】B超是利用超声波在人体不同组织界面上反射回来成像的，因此利用了其方向性好、穿透力强的特点来获取体内信息，而不是利用其巨大能量（那是碎石的应用）。超声波不能在真空中传播，且遇到障碍物会发生反射。故A正确。  6.【答案】2295m  【解析】已知声速v=1530m/s，从发出到收到回波时间t=3s。  声音传播的总路程：s_total=v×t=1530