《生活物理应用课堂｜发现身边的超声波应用知识》

课程引入与超声波基础认知演讲人2026-06-17

《生活物理应用课堂｜发现身边的超声波应用知识》各位同学，大家好。我是从事民用超声技术推广工作已有8年的工程师小周，今天这堂课，我们不从实验室的复杂公式出发，而是从每天都能接触到的生活细节里，聊聊藏在声波里的“隐形帮手”——超声波。可能很多同学会觉得，超声波离我们的生活很远，要么是医院里的检查设备，要么是工厂里的大型仪器，但其实只要留心观察，你会发现从早上戴的眼镜到晚上用的加湿器，从产检时的B超到停车场的车位引导，超声波已经渗透到了我们生活的方方面面。接下来我们就从基础认知开始，一步步揭开超声波的神秘面纱。01ONE课程引入与超声波基础认知02ONE1我的从业经历与课程缘起

1我的从业经历与课程缘起我正式接触超声波技术是在2016年，当时我所在的团队负责将工业超声检测技术转化为民用产品，第一次走进车间时，我看到工人用毛刷费力地擦拭手表机芯的缝隙，而旁边的超声清洗机只需要将机芯放进水槽，通电几分钟后，缝隙里的油污就全部被震了出来，那一刻我突然意识到，原来看不见的声波能解决这么棘手的问题。从那之后的8年里，我走访了超过300家医疗机构、工厂、家庭和农业基地，亲眼见证了超声波如何从一项专业技术变成了我们生活中不可或缺的帮手，这也是我今天想和大家分享这堂课的初衷：让大家发现身边的物理知识，不再觉得科学是遥不可及的。03ONE2超声波的物理定义与核心特性

2.1人耳听觉范围与超声波的界定首先我们需要明确什么是超声波。我们都知道，人类的耳朵能听到的声波频率范围是20赫兹（Hz）到20千赫兹（kHz），频率低于20Hz的声波叫次声波，比如地震、海啸发生时会产生次声波，而频率高于20kHz的声波，就是我们今天要讲的超声波。因为超出了人耳的听觉范围，所以我们听不到超声波，但这并不影响它发挥作用。

2.2超声波的四大核心特性超声波之所以能在这么多领域应用，是因为它有四个非常独特的物理特性，这也是我们理解所有超声应用的基础：

2.2超声波的四大核心特性2.2.1方向性强，类似定向光束和普通的声波不同，超声波的波长非常短，所以它能像光线一样沿着直线传播，方向性很好，不会轻易向四周扩散，这就意味着我们可以精准地控制超声波的传播方向，比如用它来定位、测距，就像我们用手电筒照东西一样，能精准地照到目标区域。

2.2超声波的四大核心特性2.2.2穿透能力优异，可穿透不透明介质普通的光线很难穿透不透明的物体，比如木头、金属、人体组织，但超声波可以轻松穿透这些介质，比如我们去医院做B超，就是用超声波穿透人体皮肤和肌肉，观察内部的器官和组织，这也是为什么超声影像能成为医学诊断的重要手段。

2.2超声波的四大核心特性2.2.3界面反射敏感，遇不同介质会产生反射波当超声波从一种介质传播到另一种介质时，比如从空气进入水，或者从水进入人体组织，会在两种介质的界面上产生反射波，反射波的强度和形状取决于两种介质的密度差，我们可以通过接收这些反射波来判断界面的位置和状态，比如检测工件内部的裂纹，或者测量物体的距离。

2.2超声波的四大核心特性2.2.4空化效应，液体中的气泡在振动下破裂产生能量这是超声波最特殊的一个特性，当超声波在液体中传播时，会产生周期性的压力变化，在负压阶段，液体里会形成微小的气泡，而在正压阶段，这些气泡会迅速破裂，破裂时会释放出巨大的能量，比如局部的高温、高压和冲击波，这个现象就叫空化效应，很多超声应用都是靠这个原理实现的，比如清洗、碎石、焊接等等。了解了超声波的基本特性之后，我们不妨把视线拉回日常生活，看看这些特性到底在哪些地方发挥了作用——从医院的诊室到工厂的车间，从家里的客厅到郊外的鱼塘，超声波的身影其实无处不在。接下来我们就按照应用场景的不同，逐一展开讲解。04ONE生活场景中的超声波应用全解析05ONE1医疗健康领域：守护生命的隐形医生

1医疗健康领域：守护生命的隐形医生医疗领域是超声波应用最广泛、最成熟的领域之一，从日常的体检到复杂的手术治疗，超声波都扮演着至关重要的角色。

1.1医学影像诊断：从B超到彩超的迭代这应该是大家最熟悉的超声应用了，比如产检时的B超、体检时的腹部超声、甲状腺超声等等。我去年国庆期间陪刚怀孕的表姐去社区医院做产检，当医生将涂了耦合剂的超声探头轻轻放在她的腹部时，屏幕上很快就出现了胎儿清晰的轮廓——当时表姐还能看到胎儿在肚子里动来动去，别提多开心了。这里我特意问了医生，为什么要涂耦合剂，医生告诉我，人体皮肤和探头之间有空气，空气会大幅反射超声波，导致图像模糊，耦合剂的作用就是填充空气间隙，让超声波顺利进入人体组织。后来我了解到，早期的B超只能显示二维的黑白图像，也就是我们常说的B超，而现在的彩超则是在B超的基础上，加入了多普勒效应技术，可以检测出血液的流动速度和方向，比如我们做心脏彩超时，就能看到心脏瓣膜的开合和血液的流动情况，这对于诊断心血管疾病非常重要。

1.2体外超声碎石：不开刀的结石治疗方案除了影像诊断，超声波还可以用于治疗疾病，比如体外超声碎石，这是治疗肾结石、输尿管结石的常用方法。我有一个朋友去年得了肾结石，疼痛难忍，医生建议他做体外超声碎石，不用开刀，只需要躺在治疗床上，医生用超声碎石机对准结石的位置，通过聚焦的超声波产生的空化效应，把结石震成细小的颗粒，然后随尿液排出体外。当时我去医院看他，治疗过程只花了不到半小时，他术后第二天就出院了，比传统的开刀手术恢复快很多，而且没有伤口。

1.3超声理疗：康复科的物理治疗利器在康复科，超声波理疗也是常用的物理治疗手段。比如我们运动拉伤、肌肉劳损时，医生会用超声理疗仪对准患处，通过超声波的机械振动和热效应，促进局部的血液循环，缓解肌肉痉挛和疼痛。我去年膝盖拉伤后，去康复中心做过两周的超声理疗，每次治疗时，仪器贴在膝盖上，会有轻微的震动感，两周后我的膝盖就恢复了正常活动。后来我查了资料才知道，超声理疗的原理是利用超声波的机械振动作用于组织，使组织细胞产生轻微的摩擦，从而改善局部的新陈代谢，缓解炎症和疼痛。06ONE2工业生产领域：精密制造的质量卫士

2工业生产领域：精密制造的质量卫士工业生产中，超声波的应用同样广泛，从精密零件的清洗到大型设备的检测，超声波都是提高生产效率和产品质量的重要帮手。

2.1超声无损检测：不破坏工件的质量排查无损检测是工业生产中非常重要的环节，就是在不破坏工件的前提下，检测工件内部的缺陷，比如裂纹、气孔、夹渣等等。超声无损检测是目前应用最广泛的无损检测方法之一，我去年受邀参观了一家火电设备制造厂，他们生产的锅炉钢板厚度超过100mm，用X光检测不仅效率低，还存在辐射风险，而超声探伤仪只需要将探头贴在钢板表面，几秒钟就能得到内部的检测结果。当时我看到技术员指着屏幕上的波形说，这个波峰就是内部的一处气孔，直径不到1mm，要是没检测出来，投入使用后可能会引发安全事故。超声无损检测的原理就是利用超声波的穿透性和反射特性，当超声波遇到缺陷时，会在缺陷的界面产生反射波，通过分析反射波的时间、强度和形状，就能判断缺陷的位置、大小和类型。

2.2超声清洗：缝隙污垢的终极克星我们平时去眼镜店配眼镜，店员都会用超声清洗机帮我们清洗眼镜，只需要把眼镜放进水槽里，通电几分钟后，眼镜片上的油污、灰尘就全部被震了出来，连镜架缝隙里的污垢都能清理干净。这就是超声清洗的应用，利用超声波的空化效应，在液体中产生微小的气泡，气泡破裂时产生的冲击波能将物体表面和缝隙里的污垢震落，而且不会损伤工件表面。工业上的超声清洗应用更广泛，比如手表机芯、精密轴承、航空零件等等，这些零件的缝隙非常小，用手工清洗根本无法清理干净，而超声清洗机可以轻松搞定。我之前去过一家手表厂，他们的机芯清洗车间里，几十台超声清洗机同时工作，几分钟就能清洗完一批机芯，效率比手工清洗高很多。

2.3超声焊接：无胶连接的高效工艺传统的塑料焊接需要用胶水或者加热熔化，不仅效率低，还会产生有害物质，而超声焊接则是利用超声波的机械振动能量，使塑料表面产生摩擦热，从而将两个塑料件焊接在一起，不需要胶水，也不需要加热到很高的温度，而且焊接速度快、强度高。我们平时用的一次性口罩的耳带，就是用超声焊接机焊接在口罩本体上的，还有很多塑料玩具、文具，也是用超声焊接工艺生产的。我之前去过一家玩具厂，看到生产线的超声焊接机每分钟能焊接上百个玩具零件，几乎没有噪音，而且焊接的地方非常牢固，不会轻易脱落。07ONE3家居日常场景：无处不在的生活帮手

3家居日常场景：无处不在的生活帮手现在很多家用超声设备已经走进了千家万户，从加湿器到驱蚊虫器，从扫地机器人到智能门锁，超声波已经成为了我们家居生活的隐形帮手。

3.1超声波加湿器：干燥季节的湿度调节器冬天北方的室内比较干燥，很多家庭都会用加湿器来增加空气湿度，其中最常见的就是超声波加湿器。它的原理是利用超声波的振动，将水打散成微小的水雾颗粒，然后通过风扇吹到空气中，增加空气的湿度。我家去年冬天买了一台超声波加湿器，一开始我不知道为什么要加纯净水，后来看说明书才知道，自来水中的矿物质会随着水雾扩散到空气中，形成白色的粉末，也就是我们常说的“白粉”，而且会损伤加湿器的振子。后来我每次都会加纯净水，而且每两周就会拆下来清洁一次振子，避免水垢堆积影响使用效果。

3.2超声驱避装置：天然无害的虫害控制方案很多家庭都会遇到蚊虫、老鼠的困扰，传统的驱蚊方法比如蚊香、杀虫剂会产生有害物质，而超声驱避装置则是利用超声波的方向性强的特性，发出特定频率的超声波，对蚊虫、老鼠等害虫产生刺激作用，让它们远离人类生活的区域。我之前租房的时候，夏天蚊子特别多，买了一个超声驱蚊器，插在插座上之后，确实没那么多蚊子了，而且对人体没有任何伤害。不过需要注意的是，不同的害虫对应不同的频率，比如驱老鼠的超声频率和驱蚊虫的不一样，所以选择的时候要根据实际需求来。

3.3超声感应技术：智能家电的避障与交互核心现在很多智能家电都用到了超声感应技术，比如扫地机器人的避障、电梯的防夹手感应、智能门锁的人体感应等等。超声感应的原理是利用超声波的测距功能，发射超声波，然后测量反射波的时间，计算出物体的距离，当物体靠近时，家电就会做出相应的反应。我家的小米扫地机器人，上次碰到沙发腿时，很快就绕开了，就是因为它的超声传感器检测到了沙发腿的距离，避免了碰撞。还有商场里的自动门，也是用超声感应技术，当有人靠近时，门就会自动打开，非常方便。08ONE4安防与环保领域：城市运行的隐形哨兵

4安防与环保领域：城市运行的隐形哨兵在安防和环保领域，超声波的应用也越来越广泛，从停车场的车位检测到工业粉尘的治理，超声波都在默默守护着城市的运行。

4.1超声液位检测：高危场景的安全监测很多高危场景，比如加油站的油罐、污水处理厂的沉淀池，都需要检测液位，传统的检测方法需要人工进入现场，非常危险，而超声液位检测则可以通过安装在上方的传感器，发射超声波，测量液面到传感器的距离，从而算出油罐或沉淀池里的液体储量。我之前去过一家污水处理厂，看到他们的沉淀池上方安装了超声液位传感器，不用接触污水就能实时监测液位高度，避免了人工测量的危险，而且精度非常高。

4.2超声车位检测：停车场的智能调度助手现在很多大型商场的停车场都用了超声车位检测系统，每个车位上方都安装了一个超声传感器，当有车辆停进车位时，传感器会检测到车辆的存在，然后将信息传到停车场的管理系统，屏幕上就会显示这个车位已经被占用，司机可以快速找到空车位，提高了停车场的使用效率。我上次去商场购物，就是通过停车场的屏幕指示，很快就找到了空车位，节省了很多时间。

4.3超声除尘：工业粉尘的高效治理很多工业场所，比如水泥厂、钢铁厂，都会产生大量的粉尘，不仅污染环境，还会危害工人的健康。超声除尘的原理是利用超声波的空化效应，将空气中的粉尘颗粒聚集在一起，然后通过过滤装置将粉尘过滤掉，比普通的吸尘器效果更好。我去过一家水泥厂，他们的车间里安装了超声除尘系统，车间里的粉尘明显少很多，工人的工作环境也得到了很大的改善。09ONE5农业与水产领域：现代农业的增效工具

5农业与水产领域：现代农业的增效工具随着农业现代化的发展，超声波技术也开始应用到农业和水产养殖领域，帮助农民提高生产效率和产品质量。

5.1超声种子处理：提升作物发芽率与抗病性用超声波处理种子，可以提高种子的发芽率和抗病性，因为超声波的振动可以打破种子的休眠状态，促进种子的新陈代谢，同时还能杀死种子表面的病菌。我之前在农科院的合作项目里见过，他们把小麦种子放在超声设备里处理一段时间，然后种下去，结果发芽率比没有处理的种子提高了15%左右，而且抗病性也更强，后期的病虫害更少。

5.2超声增氧：水产养殖的溶氧保障方案水产养殖中，水中的溶氧量是影响鱼类生存的重要因素，传统的增氧机是通过搅拌水面来增加溶氧量，而超声增氧机则是利用超声波的振动，将空气打散成微小的气泡，气泡在水中上升的过程中，会将空气中的氧气溶解到水中，而且气泡的直径更小，溶解效率更高。我老家的亲戚承包了一个鱼塘，去年装了一台超声增氧机，他说鱼的成活率比以前提高了20%左右，而且鱼的生长速度也更快。

5.3超声保鲜：果蔬生鲜的延长保质期技术用低频率的超声波处理果蔬，可以杀死果蔬表面的细菌和真菌，延长果蔬的保质期。我在超市见过用超声保鲜的草莓，放了一周还很新鲜，而没有用超声保鲜的草莓，放了三天就开始腐烂了。超声保鲜的原理是利用超声波的空化效应，破坏细菌和真菌的细胞膜，从而达到杀菌保鲜的目的，而且不会对果蔬的品质产生影响。了解了这么多超声波的应用场景，我们不难发现，超声波已经渗透到了我们生活的方方面面，但在使用超声波设备的时候，我们也需要注意一些安全和维护的要点，同时也要关注超声波技术的未来发展方向。10ONE超声波应用的注意事项与未来展望11ONE1超声波使用的安全与维护要点

1.1医用超声的剂量控制与合规要求虽然医用超声设备对人体的伤害很小，但如果长时间、大剂量地照射人体，也可能会对组织产生一定的影响，所以医用超声设备都有严格的剂量控制标准，医生在操作的时候也会根据患者的情况调整剂量。比如孕妇做产检时，超声检查的时间一般不会超过10分钟，而且不会直接照射胎儿的眼睛和生殖器官等敏感部位，这也是为了保障患者的安全。

1.2家用超声设备的日常维护与清洁家用超声设备比如加湿器、驱避器等，也需要定期维护和清洁，比如超声波加湿器的振子，容易堆积水垢，如果不及时清洁，会影响雾化效果，甚至产生有害物质。我家的加湿器每两周就会拆下来，用白醋浸泡振子，然后用清水冲洗干净，这样就能避免水垢堆积。另外，超声驱避装置也需要定期更换电池，避免电量不足影响使用效果。

1.3工业超声设备的定期校准与检测工业超声设备比如探伤仪、清洗机等，需要定期校准和检测，确保设备的精度和安全性。比如超声探伤仪的探头，需要定期校准灵敏度，否则会导致检测结果不准确，影响产品质量。我所在的团队每年都会为合作的工厂提供设备校准服务，帮助他们确保设备的正常运行。12ONE2超声波技术的前沿发展方向

2.1微型化穿戴式超声监测设备现在很多智能穿戴设备都用到了超声技术，比如智能手表的超声心率监测，利用超声波测量血液的流动速度，从而计算出心率，比传统的光电心率监测更准确。未来，微型化的超声监测设备还可以用于监测血糖、血压等健康指标，让我们随时随地都能了解自己的身体状况。

2.2超声导航与导盲技术的普及对于视力障碍人士来说，超声导盲杖是一个非常实用的工具，它可以发射超声波，