《医用物理学：第3章声波(3)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医用物理学：第3章声波(3)（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3-5 3-5 声波声波声波：声波：广义：由机械振动在弹性介质中的传播广义：由机械振动在弹性介质中的传播形成的纵机械波，称为声波。形成的纵机械波，称为声波。狭义：由机械振动在弹性介质中的传播狭义：由机械振动在弹性介质中的传播形成的，并能引起人的听觉的纵机械波，形成的，并能引起人的听觉的纵机械波，称为声波。称为声波。声波声波(soundwave)超声波超声波(ultrasonicwave)次声波次声波(infrasonicwave) 按频率分类：按频率分类：子宮中的四胞胎子宮中的四胞胎蜜蜂每秒振翅蜜蜂每秒振翅300400次。次。蝴蝶每秒振翅蝴蝶每秒振翅56次次。 按声源的振动分类按声源的振动分类
2、纯音纯音(simpletone)：单一频率的谐振动。：单一频率的谐振动。乐音乐音(musicalsound)：一基频和若干个谐一基频和若干个谐 振动的合振动。振动的合振动。噪音噪音(noise)：毫无规律的非周期性的振动毫无规律的非周期性的振动 一、声速一、声速u（soundvelocity)由介质和温度决定由介质和温度决定u人人 u水水1540ms-1 超声诊断根据超声在人体组织超声诊断根据超声在人体组织中速度恒定中速度恒定, ,传播的距离与时间成传播的距离与时间成正比。正比。二、二、声压和声阻抗声压和声阻抗平面简谐波：平面简谐波：声幅：声幅：p有效值有效值声压声压(soundpressur
3、e)：介质中的压强与无：介质中的压强与无声波通过时的压强之差。声压是衡量声音大小声波通过时的压强之差。声压是衡量声音大小的尺度的尺度.声阻抗声阻抗(acousticimpedance)（振动速度的幅值）（振动速度的幅值）单位：单位：几种介质的声速和声阻抗几种介质的声速和声阻抗介介质质 声速声速 密度密度 声阻抗声阻抗(m.s-1)(kg.m-3)(kg.m-2s-1)空气空气3.321021.294.28102水水14.8102988.21.48106脂肪脂肪14.01029701.36106脑脑15.310210201.56106肌肉肌肉15.710210401.63106密质骨密质骨36.
4、010217006.12106钢钢50.5102780039.4106结论：结论： u固固 u液液 u气气 Z固固 Z液液 Z气气声强声强(soundintensity):声的反射和折射声的反射和折射强度反射系数：强度反射系数：反射波强度反射波强度入射波强度入射波强度讨论：讨论：Z1Z2或或Z2Z1全反射全反射北京天坛北京天坛回音壁图回音壁图 讨论：讨论：Z1Z2全透射全透射图一：图一：8周的胎儿会踢或伸直双腿，还周的胎儿会踢或伸直双腿，还能把手臂上下移动。能把手臂上下移动。图二：图二：10周的胎儿可以做周的胎儿可以做出很多手臂和腿的动作，出很多手臂和腿的动作，尽管这些动作显得稚嫩。尽管这些动
5、作显得稚嫩。图六：从大约图六：从大约25周起，胎儿周起，胎儿的视网膜发育的视网膜发育完全，胎儿有完全，胎儿有时睁开眼睛，时睁开眼睛，有时闭上眼睛。有时闭上眼睛。这些动作帮助这些动作帮助婴儿完善眨眼婴儿完善眨眼功能，出生后，功能，出生后，眨眼可以起到眨眼可以起到保护眼睛的作保护眼睛的作用。用。图八：新生儿图八：新生儿直到出生后直到出生后4到到6周才会笑，周才会笑，但子宫里的胎但子宫里的胎儿早就会笑了儿早就会笑了，或许是因为，或许是因为子宫内部温暖子宫内部温暖、舒适，而且、舒适，而且挡住了噪声及挡住了噪声及强光之故强光之故例：超声波由空气传入人体，问进入人体例：超声波由空气传入人体，问进入人体的声
6、波强度是入射前强度的百分之几？如的声波强度是入射前强度的百分之几？如果由蓖麻油传入果由蓖麻油传入(Z=1.36(Z=1.3610106 6kgmkgm-2-2s s-1-1 ）则）则进入的声波强度是入射前强度的百分之几进入的声波强度是入射前强度的百分之几？解解：Z空气=4102kgm2/S, Z脂肪=1.41106kgm2/SZ Z蓖麻油蓖麻油=1.36=1.3610106 6kgmkgm-2-2/s/s3.5.3声强级声强级一、人耳的听觉区域一、人耳的听觉区域听域：能引起听觉的最低声强。听域：能引起听觉的最低声强。痛域：人耳能忍受的最高声强。痛域：人耳能忍受的最高声强。频率不同听域和痛域值不
7、同；频率与频率不同听域和痛域值不同；频率与听域和痛域的关系分别用曲线表示，则分听域和痛域的关系分别用曲线表示，则分别称为听域曲线和痛域曲线。别称为听域曲线和痛域曲线。 听觉域听觉域: :由听域、痛域、由听域、痛域、20Hz20Hz和和20000Hz20000Hz曲线所围成的区域。曲线所围成的区域。听觉域听觉域二、声强级和响度级二、声强级和响度级声强级：声强级：响度级：频率为响度级：频率为1000Hz1000Hz的声音的的声音的响度级在数值上等于其声强级。响度级在数值上等于其声强级。单位：贝尔单位：贝尔(B)，分贝，分贝(dB)1B=10dB单位：方单位：方(phon) 响度相同响度级就相同。响
8、度相同响度级就相同。 响度级与响度级与频率和声强有关频率和声强有关。频率。频率不同声强相同响度级可能不同；频率不同声强相同响度级可能不同；频率相同声强不同响度级不同。相同声强不同响度级不同。 频率和声强频率和声强均相同均相同响度级才相同。响度级才相同。问题：一个听力正常的人收听声强级为问题：一个听力正常的人收听声强级为30dB和和10dB的两的两个声音，他的感觉是：个声音，他的感觉是：A.30dB的声音比较响；的声音比较响；B.10dB的声音比较响；的声音比较响；C.两个声音同样响；两个声音同样响；D.以上三种情况都有可能以上三种情况都有可能A(10dB,0方方)B(30dB,0方方)C(10
9、dB,10方方)D(30dB,20方方)D比比A响响 C比比A响响 B、A同响同响 都有可能都有可能 声源声源 声强级声强级(dB) 响度响度常见声音的常见声音的声强级声强级火车火车 120 120 震耳震耳雷声雷声 110 110 震耳震耳闹市闹市 100 100 甚响甚响大汽车大汽车 90 90 甚响甚响工厂车间工厂车间( (平均平均)100 )100 响响办公室办公室( (吵闹吵闹) 70 ) 70 响响声源声源 声强级声强级(dB) 响度响度常见声音的常见声音的声强级声强级 办公室办公室( (平均平均) 60 ) 60 正常正常 户内交谈户内交谈 50 50 正常正常 医院病房医院病房
10、 40 40 轻轻 耳语耳语 30 30 轻轻 树叶微动树叶微动 20 20 极轻极轻“听域听域” 10 10 极轻极轻解：解：一台机器工作时产生一台机器工作时产生60dB60dB的声强的声强级的噪音，问同款级的噪音，问同款1010台机器同时工作台机器同时工作会产生多大声强级的噪音？会产生多大声强级的噪音？1 1、超声波的特点超声波的特点超声波的特点超声波的特点2 2、次声波的特点、次声波的特点、次声波的特点、次声波的特点绕射性好；绕射性好；绕射性好；绕射性好；传播距离远。能量损失少。传播距离远。能量损失少。传播距离远。能量损失少。传播距离远。能量损失少。超声波、次声波超声波、次声波定向性好；
11、定向性好；定向性好；定向性好；具有反射明显；具有反射明显；具有反射明显；具有反射明显；具有强穿透能力。具有强穿透能力。具有强穿透能力。具有强穿透能力。超声波和次声波的应用超声波和次声波的应用 1) 1)超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多水声超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远得多水声测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装置，这种装置既测位仪就是根据超声波的这种特性制成的装置，这种装置既能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反能发出短促的超声波脉冲又能接收被潜艇、鱼群或海底反射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可以确射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速
12、，就可以确定潜艇、鱼群的位置或海水深度定潜艇、鱼群的位置或海水深度1、超声波的应用超声波的应用2 2 2 2) ) 超声波超声波探伤探伤，由于超声波的穿透能力很强，可以制成，由于超声波的穿透能力很强，可以制成 超声波探伤仪，用来探查金属内部的缺陷超声波探伤仪，用来探查金属内部的缺陷 4 4 4 4）利用超声波作用于人体时机体细胞受到振荡和刺激，利用超声波作用于人体时机体细胞受到振荡和刺激， 可起可起按摩作用按摩作用，治疗神经痛等疾患，治疗神经痛等疾患3 3 3 3）利用超声波可进行利用超声波可进行“B B超超”，就是利用超声波的发射，来探，就是利用超声波的发射，来探 查人体内部的各种器官、组织
13、等有无异常，还可以确定肿查人体内部的各种器官、组织等有无异常，还可以确定肿 瘤的有无、位置和大小等等瘤的有无、位置和大小等等5 5）用超声波）用超声波消毒灭菌消毒灭菌也是有效的例如用超声波来给牛奶也是有效的例如用超声波来给牛奶 消毒，效果良好，而且能避免煮沸法对营养成分的破坏消毒，效果良好，而且能避免煮沸法对营养成分的破坏6 6 6 6）利用超声波可以把普通水利用超声波可以把普通水“打碎打碎”成直径仅为几微米的小成直径仅为几微米的小水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，增大房间中空气的水珠，变成雾气喷散到房间的空气中，增大房间中空气的湿度，这就是湿度，这就是“超声加湿器超声加湿器”的基本原理的基本
14、原理7 7）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成）超声波还可以把药物击碎成微粒和空气混合形成“药雾药雾”，病人吸入后，可以治疗肺部和气管类疾病，病人吸入后，可以治疗肺部和气管类疾病 （下图为超（下图为超声波雾化器）声波雾化器）超声波的超声波的特殊作用特殊作用机械作用：破坏、杀伤机械作用：破坏、杀伤空化作用：清洗、促反应空化作用：清洗、促反应热作用：加温治癌热作用：加温治癌 1 1）次声波产生与地球、海洋及大气的大规模运动有关。）次声波产生与地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生。人们就可以如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生。人们就可以利用这些
15、前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。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，人们利用一种叫台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳水母耳”的仪器，监的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报警报还可以还可以通过研究自燃现象产生次声波的机制和特性，深入认识自燃规通过研究自燃现象产生次声波的机制和特性，深入认识自燃规律。律。 2 2 2 2）军事应用：）军事应用：）军事应用：）军事应用：军事
16、侦察：次声波在介质中传播时，能军事侦察：次声波在介质中传播时，能军事侦察：次声波在介质中传播时，能军事侦察：次声波在介质中传播时，能量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，量衰减缓慢，并且运动快，而且隐蔽性号，不易被对方发现，因而可以用来侦察军事情报；因而可以用来侦察军事情报；因而可以用来侦察军事情报；因而可以用来侦察军事情报；次声波有杀伤性：利用和人体次声波有杀伤性：利用和人体次声波有杀伤性：利用和人体次声波有杀伤性：利用和人体器官固有频率相近的次声波与人体器官产生共振，
17、导致人体器器官固有频率相近的次声波与人体器官产生共振，导致人体器器官固有频率相近的次声波与人体器官产生共振，导致人体器器官固有频率相近的次声波与人体器官产生共振，导致人体器官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的官的变形和移位，甚至破裂，达到杀伤对方的目的。2 2、次声波的应用、次声波的应用、次声波的应用、次声波的应用QC101-W3QC101-W3QC101-W3QC101-W3型电波次型电波次型电波次型电波次声波驱鼠器声波驱鼠器声波驱鼠器声波驱鼠器仿生学仿生学很很多多动动物物都都有有完完善善的的发发射射和和接接收收超超声声波波的的器器官官。以以昆昆虫虫为为食食的的蝙蝙蝠蝠，视视觉觉很很差差，飞飞行行中中不不断断发发出出超超声声波波的的脉脉冲冲，依依靠靠昆昆虫虫身身体体的的反反射射波波来来发发现现食食物物海海豚豚也也有有完完善善的的“声声纳纳”系系统统，使使它它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置
