大学物理声波 超声波.ppt

1、8.5 声波 超声波,一、声波,声波是机械波的一种。在弹性介质中传播的纵波，其频率约在20到20000Hz范围内，能引起人的听觉，这种波叫作声波。频率低于20Hz的叫次声波，高于20000Hz的叫超声波。,超声波具有波动的一般特性，也能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。,气体中的声速,为气体定压摩尔热容与定容摩尔热容之比，P为气体的压强,。,为气体的密度,如在标准状态下，空气中的声速为,例,试求摩尔质量为m、温度为T 的理想气体中的声速。,解,可见在同一温度下，声波在液体和固体中的传播速度要比在气体中大得多,声压,介质中有声波传播时的压强与无声波时的静压强之间有一差值，这一压强差称为声压。,声

2、压的成因很明显，由于声波是疏密波，在稀疏区域，实际压强小于原来静压强，在稠密区域，实际压强大于原来静压强。,显然，由于介质中各点声振动作周期性变化，声压也在作周期性变化。前者声压为负值，后者声压为正值。,对平面简谐波来说，可以证明声压振幅为,声强 声强级,单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量，叫声波的能流密度或声强。,可以证明，声强公式为,超声波的频率高，因而它的声强就很大。,爆炸声、炮声等声波由于振幅大、声强也可以很大。,即声强与频率的平方、振幅的平方成正比，其单位是,能够引起人听觉的声强范围大约为10-12Wm-21Wm-2。此范围很大。,通常规定声强I010-12Wm-2

3、(即相当于频率为1000Hz的声波能够引起听觉的最弱的声强)为测定声强的标准。如果某一声波的声强为I，则比值I/I0的对数，叫作相应于声强I 的声强级L,声强级,L的单位为贝耳(B)。,B这一单位太大，实际应用时通常采用贝耳的1/10，即分贝(dB)为单位，,在声学中常用声强级来描述声波在介质中各点的强弱。,一些常遇到的声音的声强 声强级和响度,二、超声波,一般在气体中使用的超声波频率可达106Hz，在固体和液体中使用的超声波频率可达109Hz，利用共振现象可以增大其振幅，得到很强的功率。,超声波的波长很短，一般为10-610-4m.波长越短，衍射现象越不显著，所以超声波易于定向；它在反射、折

4、射及聚焦等方面与光波相似，从而可以得到高能量、方向性良好的超声波束。,在空气中超声波阻尼很大，但在液体、固体中阻尼很小。特别在导体性溶液(如海水)中，这些特性，在实践中得到广泛应用。,超声检测技术,利用超声波的定向发射性质,可以探测水中的物体,如探测鱼群、潜艇等,也可以测量海水的深度,研究海底的地形起伏,发现海礁和浅滩.,在工业上,超声波可以探测工件内部的缺陷(如气泡、裂缝、砂眼等),超声波与捕鱼,如试验研究发现，鱼在觅食时可发出一定的特征声谱。当人工模仿或直接播放鱼在觅食时发出的特征声谱时，即使不投放诱饵也可引诱大量的鱼群，大大有利于捕捞。,超声波在食品加工及医学上的应用,由于超声波的破坏作用，能使微生物和病毒死亡。因此，在制备水果罐头牛奶、饮水、血清、培养苗、疫苗等时，均可使用超声波消毒。,利用超声波的乳化、凝结和扩散作用可以将某些不溶于水的药物制成水溶液或针剂。,超声波扫描仪用于动物疾病的诊断，以及利用超声波的热效应治疗动物的一些疾病等。,超声波对肌肉的温热作用可解除张力，发生普遍的充血现象，软化疤痕及改善循环等效果。,超声波对植物的作用,用一定的强度和频率的超声波处理大麦，结果发现其发芽的平均时间缩短，萌发的机能也增长了。,用超声波处理种在某种程度