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1、【名师解读】八年级物理第四章第四节超声波精品导学学案(北师大版)探究目标1.知识与技能 知道超声波、次声波的产生与应用；了解声呐及B超工作原理.2.过程与方法 在参观、调查及上网过程中获得超声波知识；了解动物对超声波的利用.3.情感、态度与价值观 在了解超声波、次声波在现代技术的应用中，增强对科学的热爱.探究指导物理宫殿1.超声波（supersonic wave）高于20 000Hz的声波称为超声波.蚊子、猫、狗和家畜等动物能听到.其特点是方向性好、穿透能力强，易于获得较集中的声能量.2.超声波的应用（1）声呐（sonar）：声呐是一个监测反射声波的系统.人们利用在水中超声波比光波和无线电波传
2、播得远，且定向性好的特点制成了声呐装置，让它向海下发出高频超声波，依据回声声波的时间，可以测出水下障碍物所处位置、形状和大小；（2）回声定位：如图4.4-1甲所示，轮船利用超声波探测船下的水深.发射器发射超声脉冲，声呐仪监测到反射来的回音，从而可算出水深.水深（h）=水中的声速(v)所花时间（t）；如图4.4-1乙，黑夜里，蝙蝠利用超声波导航；图4.4-1【例1】 2000年8月，俄罗斯的库尔斯克号核潜艇在巴伦支海遇难.探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置.超声波在海水中的波速v1450ms，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间为 t0.146s，则潜艇
3、沉没的实际深度h约为多大（取整数值）？思路与技巧 超声波从发出到接收共用时间 t0.146s，则超声波从发出到潜艇处共用时间为0.146s，再根据超声波在水中的速度便可求出潜艇沉没的深度h.答案 潜艇沉没的实际深度 h=1450m/s0.073106m.（3）B超：超声波能够成像，让超声波射入人体内，会在不均匀处和分界面上反射成像，即内脏的“声”像.利用B型超声波诊断仪可以观察到人体内器官及胎儿生长发育情况，如图4.4-2所示；图4.4-2 胎儿的B超图像（4）超声波去污（碎石）：超声波能使清洗液产生剧烈的振荡，有去污作用，如图4.4-3甲.此外超声波还能传递能量击碎人体内结石，如图4.4-3
4、乙；图4.4-3（5）超声波探伤：如图4.4-4所示，利用超声波的穿透与反射特性探测金属内部的裂纹、气泡等缺陷；图4.4-4 图4.4-5 超声波速度测定器（6）超声波测声速：向行驶车辆发出超声波被车辆反射回来，测速仪接收到声波频率会发生变化，从而确定车辆速度，如图4.4-5所示.【例2】 超声波具有、等特点，超声波主要用于、等方面.思路与技巧 与其他可听声相比，超声波具有方向性好、穿透力强，易于获得集中声波等特点，因而有着广泛的应用.答案 方向性好、穿透力强；航海探测、医疗诊断、医疗治疗、金属探伤等.【例3】 蝙蝠夜间出来活动从来不会撞到墙壁、树枝上，以下解释正确的是（ ）A.蝙蝠的眼睛有夜
5、视功能B.夜晚有月光C. 蝙蝠发出超声波可以在物体上返回，根据回声就可以判定物体的位置和在距离D. 蝙蝠的嗅觉很好，可以嗅出前面是否有物体图4.4-6思路与技巧 蝙蝠在飞行时发出超声波，超声波碰到墙壁或昆虫时反射回来，根据回声到来的方位和时间，蝙蝠就可以确定目标的位置和距离.声呐就是模拟蝙蝠回声定位的原理制成的仿生波装置.答案 C.3.次声波（subsonic）低于20 Hz的声波称为次声波.其特点是传播时能量损失小，能传得很远.4.次声波的应用（1）预测自然灾害：火山爆发、龙卷风、海啸、台风等在发生前会先有次声辐射，利用次声监测仪进行预测.此外很多动物能听到次声，在台风来临时，海蚤听到了“警
6、报”能到远处躲藏起来.地震前动物惊恐（草鱼跳跃，鸽子不安）；（2）一定强度的次声波对人体造成严重危害，使人产生恐惧、恶心、神经错乱，甚至五脏破裂，强大次声波还会对机器设备、建筑物造成破坏；（3）军事监测：在大气层内进行核爆炸会产生巨大的次声波，用一种高灵敏度的监测装置（又叫大耳朵）就可探测到核爆炸的强度和位置.目前已建成全球性核试验监测网.地球上任何一个角落进行的核试验都不可能逃过“大耳朵”的“监听”.【例4】 阅读材料水母的顺风耳生活在海边的渔民看见过这样的情景：风和日丽，平静的海面上出现一把把小小的“降落伞”水母.它们在近海处悠闲自得地升降、漂游.忽然水母像听见什么命令似的，纷纷离开海岸，
7、游向大海，不一会儿，狂风呼啸，波涛汹涌，风暴来临了.为什么水母能预知未来的风暴呢？科学家经过多年的观察研究，发现水母的听觉器官特殊，能够感觉到次声波.当风暴来临时，空气和波浪摩擦会产生振动频率为812Hz的次声波.次声波传播的速度比风暴快得多，这样水母就能提前知道即将到来的风暴.根据水母听觉器官的构造，科学家设计了“水母耳”仪器，它是由喇叭、共振器、传感器和指示器等组成.出海的船只安装了这种仪器，便可以提前知道风暴从哪里来，强度如何，从而做好安全准备.图4.4-7请回答：（1）次声波传播有何特点？（2）水母为何能预测风暴？（3）举例说明水母这种特点的应用.思路与技巧 这是一道信息收集处理题，考
8、查信息的收集、处理和交流能力.材料的第二段“次声波传播速度比风暴快得多”“水母听觉器官特殊，能感觉到次声波”是中心句.答案 （1）次声波传播的速度比风暴快得多；（2）水母听觉器官特殊，能感觉到次声波；（3）制成仿生仪器水母耳风暴预测仪.5.人和一些动物发声频率和听觉频率范围说明 （1）每个人的听觉范围并不相同.有些年轻人可以感觉到低于20 Hz的声音，年龄越大，越听不见频率较低或较高的声音；（2）各类动物之间的听觉范围区别较大.有些动物，如蝙蝠、海豚、飞蛾等能听见超声波，而大象、鲸等能听见次声波.探究体验【例5】 如图4.4-8所示，在一次魔术表演中，一名驯兽师问他带来的狗：“22等于几”，狗
9、立即叫四声.观众马上会为这条聪明的狗所倾倒，你能解释这种现象吗？图4.4-8思路与技巧 许多物理知识运用到魔术中.实际上还有一名助手在帮忙，利用兽类听觉频率和人的不同，发出兽能听见而人却不能听见的超声波的缘故.答案 台下驯兽师的助手，吹了四下哨声，而这种哨声频率太高，人自己听不见，狗可听见因而立即叫了四声.【例 6】 1932年的夏天，一位气象学家随着苏联探险船到北冰洋去考察天气.一天，他在放送探测气球时，无意地将脸颊贴了一下气球，竟感到了一种剧烈的震荡，疼得他大叫了一声.当天夜晚，探险船遭到了强风暴的袭击.气球的震荡和未来的风暴是巧合，还是有什么联系？苏联科学家舒雷金决心进行一番研究.他们在
10、靠海的研究站上不断放出气球，然后用仪器来记录那些气球震荡的情况，居然发现，在气球发生强烈震荡以后，往往会有风暴出现！简述这是什么原因.思路与技巧 强风暴发生时要发出次声波，而次声波传播比风暴快得多，且能量损失得慢，传得远.答案 强风暴发生时发生次声波，传播得快而远，引起气球的振动，振动气球具有能量，碰到脸颊上使人就感到很疼.聊天室话题：蝙蝠的导航系统胖胖：蝙蝠为什么能在黑暗中飞翔自如，并能捕捉到昆虫？老师：科学家做了一个有趣的实验：在房间里布上铁丝网，有的网孔比蝙蝠展开的翅膀还要小.把蝙蝠的双眼蒙住，再用摄像机摄录它的飞行情况，它们竟能飞行自如，穿来穿去，捕捉昆虫如图4.4-9.图 4.4-9
11、 蝙蝠的眼睛乐乐：如果把蝙蝠的耳朵堵上，再让它睁着眼在黑暗的实验室里穿网捕食，情况怎样？老师：这一下，蝙蝠却成了“瞎子”，不时撞在网上，有时甚至落到地上，难道蝙蝠是用耳朵“看”东西吗？实验室里是静悄悄的，铁丝也没发出声音呀！胖胖：再把蝙蝠的眼睛和耳朵全敞开，用棉球将它的嘴堵住，不知会怎样？老师：放入实验室后，蝙蝠又成了“瞎子”，碰网落地.这说明，蝙蝠是用嘴和耳来辨别方向、识别障碍的.蝙蝠的嘴是一个超声波发生器，每隔一定时间就发出一次超声波.它发出的超声波碰到障碍物就反射回来.蝙蝠的耳朵是个灵敏的超声波接收器，它利用反射回来的超声波判断前方有没有障碍.有的学者认为，蝙蝠利用超声波识别障碍物，并不
12、是简单的回声测距，而是听到回声以后，能在脑中形成图像，蝙蝠体内可能存在一种“声全息感觉系统”.快乐套餐1.（多选题）关于声呐（sonar），下列说法正确的是（ ）A.它是利用次声波定位的B.它本身必须能发射超声波C.它本身必须能接收超声波D.它能确定物体的远近2.（太原市中考题）人能感受的声音频率有一定的范围，大多数人能够听到声音的频率范围大约是2020000次每秒.人们把低于20次每秒的声音叫次声波，把高于20000次每秒的声音叫超声波.大象进行交流的“声音”是一种次声波，人类听不到大象的“声音”，是因为（ ）A.大象发出的声音太小B.次声波无法传到人耳C.次声波的频率大于20000次每秒D
13、.次声波的频率小于20次每秒3.（佛山市中考题）科学家在对蝙蝠的研究中，曾经用黑布将蝙蝠的双眼蒙上，发现蝙蝠也可以很正常地飞行，没有受到一点影响，这是因为（ ）A. 蝙蝠在飞行时会发出次声波，根据回声定位原理来飞行B. 蝙蝠的眼睛会发出超声波，穿透黑布，清楚地看到黑布外面的目标C. 蝙蝠在飞行时会发出超声波，根据回声定位原理来飞行D.黑布太薄会透光，蝙蝠可以很清楚地看到黑布外面的目标4.地震是地球上某个部位发生的剧烈振动，人们却听不到这种振动的声音，这是由于（ ）A.声音不够响B.声音音调太高C.声源振动频率低于 20 HzD.声音是噪音而不是乐音5.下列说法中不正确的是（ ）A.利用强超声波
14、对钢铁、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切割加工B.在建筑方面，设计、建造大厅堂时，必须把回声现象作为重要因素加以考虑C.在石油勘探时，常采用人工地震的方法，即在地面上埋好炸药包，放上一列探头，把炸药引爆，探头就可以接受到地下不同层间界面反射回来的声波，从而探测出地下油矿D.利用超声波能够预报地震、侦察台风和大气中的核爆炸6.超声波具有、等特点.超声波主要应用于、等方面.7.次声波具有等特点，监测与控制次声波有助于减小它的危害，次声波主要应用于、等.8.如图4.4-10，蝙蝠在飞行中发出，根据到来的方位和时间确定目标的位置和距离，根据这一原理，科学家发明了，用来探测鱼群、探知海深等.图4.4-
15、109.下面是几种动物和人能听到的声音的频率范区（单位：Hz）：（1）鳄鱼：206000；（2）青蛙：508000；（3）猫：6035000；（4）人：2020000；（5）狗：155000；（6）知更鸟：25021000.上述的动物和人中，能听到次声的有，能听到超声的有，超声和次声都听不到的是.10.声响是人们利用超声波、等特点制成的.监测与控制有助于减少它的危害，并可以用来预报地震、台风和监测核爆炸.11.请把下列现象与有关知识用线连接起来：次声波 超声波焊接探伤加工预报地震声呐遥测核爆炸12.如图4.4-11一艘渔船在海上用声呐探测鱼群，当向鱼群发出超声波后 4s收到返回的超声波，求这群鱼当时离渔船多远？若当超声波到达鱼群后，鱼群以3ms的速度向远离渔船的
