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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 声压的成因很明显
2、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 12W m 2 1W m 2 此范围很大 通常规定声强I0 10 12W m 2 即相当于频率为10
3、00Hz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 6 10 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 折射及聚焦等方面与光波相似 从而可
4、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上加快了种子的萌发 并且可以打破有些种子的休眠期 在中草药种植方面效果尤为显著 这是因为种子由于超声波能量的影响 从而加强了种子细胞中的氧化过程
