高中物理人教大纲版第二册：10.8 次声波和超声波（备课资料）.docVIP

备课资料 一、关于次声波的几点说明 次声波又称亚声波，其频率低于声波的频率，频率范围大致是10-4HZ～20 HZ次声波虽不能引起人们听觉器官的感觉，但它对人类仍具有潜在应用价值，相对于声波和超声波来讲，次声波的研究和应用还处于起步阶段，因而大家习惯称之为声波中的“小字辈”。 （一）次声波的产生和特点 虽然次声波看不见、听不见，可它却无处不在，地震、火山爆发、风暴、海浪冲击、枪炮发射、热核爆炸等都会产生次声波，科学家借助仪器可以“听到”它. 次声波的传播速度和可闻声波相同，由于次声波频率很低，大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万分里，历时108h，1961年，苏联在北极圈内新地岛进行梳试验激起的次声波绕地球转了35圈。 次声波还具有很强的穿透能力，可以穿透建筑物，掩蔽所、坦克、船只等障碍物，7000HZ 的声波用一张纸即可阻挡，而7HZ的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土，地震或炸爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁，次声波如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量，如4HZ～8HZ的次声能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损。 （二）次声波的应用 从20世纪50年代起，核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用，使得对次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和传播等方面的研究都有了很大的发展，次声的应用也逐渐受到人们的注意，其实，次声的应用前景十分之阔，大致有以下几个方面。 1.研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件，例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报，利用类似方法，也可通情达理报火山爆发、雷暴等自然灾害. 2.通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性，可探测某些在规模气象过程的性质和规律.如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等. 3.通过测定人和其他生物的某些器官发生的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况，例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常。 4.次声在军事上的应用.处用次声的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器，次声武器一般只伤害人员，不会造成环境污染。 二、超声波的特点： 1.波长短 顾名思义，超声波的频率超过声波的频率在20kHz以上，目前使用的超声波从20kHz到几十兆赫，频率很高，亦即波长很短.例如，水下通讯、探测声纳、超声诊断、超声成像以及在液体中使用的超声波，其波长为15cm~1.5cm；金属超声探伤所用的波长为1.2cm~0.4cm，在气体中使用的超声波（如用于空气净化、气象监测以及捕集悬浮微粒等），所用的波长为17cm~7cm，同无线电波相比相当于超高频（SHF）到极高频（EHF）频段.近年来还开始使用波长更短的超声波，其频率在10MHz以上，其波长只有几十微米，已接近可见光的波长了. 波长这样短的超声波，它具有类似光线的一些物理性质. （1）超声波的传播类似于光线，遵循几何光学的规律，具有反射、折射现象，也能聚焦.可以利用这些性质进行测量、定位、探伤和加工处理等. （2)超声的波长很短，与发射器、接收器的几何尺寸相当，由发射器发射出来的超声波不向四面八方发散，而成为方向性很强的波束波长愈短方向性愈强，因此超声用于探伤、水下探测，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或的物体. (3)能够产生窄的脉冲，为了提高探测精度和分辨率。要求探测信号的脉冲极窄，但是一般脉冲宽度是波长的几倍（如要产生更窄的脉冲在技术上是有困难的），超声波波长短，因此可以作为窄脉冲的信号发生器. 2.功率大 （1）超声波能够产生并传递强大的能量.声波作用于物体时，物体的分子也要随着运动，其振动频率和作用的声波频率一样，频率　越高.分子运动速度越快，物体获得的能量正比于分子运动速度的平方.超声频率高，故可以给出大的功率.例如，振幅相同的1MHz的声波比1 kHz的能量大100万倍. （2）在液体中能产生空化现象.液体承受压力的能力是很强的（如水压机中的水能承受几百个大气压），但是液体对拉力的反应很敏感.当超声波作用于液体介质时，在振动处于稀疏状态时，液体会被撕裂成很多的小空穴，这些小空穴瞬间就会闭合，小空穴闭合时能产生高达几千个大气压的瞬时压力和高达几千摄氏度的高温，这一现象称为空化.这种空化现象可用于超声清洗、超声加速化学反应、超声乳化、超声粉碎等技术中. （3）能够聚焦.超声波的聚焦大可以使用凹面镜和声学棱镜，此外还有把发射表面作成像雷达抛