第九节 次声波和超声波

教学设计示例

有关声学的初步知识

一、教学目标

　　（1）了解声音是一种机械波；

　　（2）了解乐音的三个要素；

　　（3）了解声音的共鸣现象；

　　（4）了解噪声的危害；增强对噪声进行控制的环保意识。

　　（5）了解次声波和超声波的应用。

二、重点、难点分析

　　1、重点是声波作为机械波的一些特征：纵波、声速、波长及听觉的频率范围。

　　2、难点是对乐音三要素的理解。

三、教具

　　两个频率相同的音叉，金属环，橡皮捶，细线以及乒乓球、玻璃罩，闹钟。

四、主要教学过程

　　复习波发生干涉、衍射现象的条件。

提问：声音是怎样产生的？声音本身又是怎么回事？学生回答，教师加以完整概述，引入新课；

　　一、声波

　　1、声源

演示实验

　　（1）让学生一边说话，一边用手摸咽喉，感觉声带的振动。

　　（2）敲击音叉使其发声

　　 提问：音叉发声时是否也在振动呢？

　　 让悬在线上的乒乓球靠上正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开，说明音叉发声时也在振

动。

　　（3）生活中的其它例子

　　弹琴时看到、触摸到琴弦的振动；用手摸打开的收音机的喇叭，或打开的电视机的音箱，

都能感觉到振动。

　　说明：其实，我们听到的各种声音都是由于振动产生的，虽然有的振动我们看不见。这

些振动发声的物体就是声源。

　　当然，气体和液体也能振动发声，如管乐器就是空气柱的振动发声。

　　2、声波

　　声源是怎样产生声音的呢？

　　振动的音叉，它的叉股向一侧振动时，压缩临近的空气，使这部分空气变密；叉股向相

反方向振动时，这部分空气又变疏。这种疏密相间的状态靠空气的相互作用由声源向外传播，

形成声波，传入人耳，使鼓膜振动，就引起声音的感觉。

　　其实，人耳只能听到20Hz～20000Hz的振动，低于20Hz或高于20000Hz的振动就不能引起人类听觉器官的感觉。

　　提问：从声波的形成中我们能看出什么问题呢？

　　（1）声波是纵波；（2）声波的传播需要介质。

　　①介质可以是空气，也可以是固体、液体。

　　提问：你能举出一些固体、液体传声的例子吗？

　　敲击桌子时，耳朵贴在桌子上听到更响亮的声音，这是从桌面直接传来的声音；关严窗

户，还能听到声音，因为玻璃能传声；

　　②没有介质就没有声音。

　　实验演示：把闹钟放到玻璃罩里，用抽气机抽出罩内空气，就听不到闹钟的声音。

　　可见，声音是在空气或其它介质中传播的一种机械波。介质的性质不同。声波在其中传播的波速也会不同。声音在空气中的传播速度一般取340m／s，在水里的传播速度约是空气里的4倍半，在金属中更快。

　　为什么说“声音在空气中的速度一般取340m／s”呢？因为空气的温度不同，声速也不同。如0℃时为332m／s， 20℃时为344m／s， 30℃时为349m／s。声音是一种机械波，就该有机械波的一般性质。

　　提问：波都有哪些性质呢？

    答：干涉、衍射和反射。

    3、声波的干涉和衍射

    实验：取两个频率相同的音叉，发出的声音互相干涉。

    学生在座位上左右移动头部位置可听到声音的强弱变化。

    提问：同学们在生活中遇到过声波的衍射现象吗？

    学校铃声一响，你在哪里都可以听得到——声音绕过了障碍物。

波发生明显衍射是有条件的，声波满足明显衍射的条件吗？请计算一下声音的波长范围。

    这个波长跟一般物体的尺寸相差不多，可以发生明显衍射。

    4、声波的反射

　　你见过声波的反射吗？试举一些例子。在山谷里、大院子里或大的房间里能听到回声，就是声波的反射现象。那么，在教室里说话没有回声，是不是说明此时声波不发生反射呢？不是。声波遇到障碍物都会被反射，但能否听到回声跟我们的听觉特点有关系：回声到达人耳比原来的声音滞后0.1秒以上，我们才能把它们区分开。如果滞后时间小于0.1秒，我们就无法区别它们而认为是一个声音。

    据此，同学们计算一下距离障碍物至少多远才能听到回声？

    另外，打雷时雷声连续不断也是雷声被障碍物不断反射造成的。北京天坛的回音壁也是利用声音的反射造成的，充分显示了我国劳动人民的智慧。

    二、乐音

    1、乐音和噪声

    播放一段录好的音乐和噪声。

    提问：它们的区别是什么？

    乐音：好听悦耳的声音叫乐音。噪声：嘈杂刺耳的声音叫噪声。

    指出：乐音和噪声是按主观感觉分的，但它们客观上也是有差别的。乐音是由周期性振动的声源发出的；而噪声是由无规则的非周期性振动的声源发出的。

    2、音调

    我们所说的高音歌唱家，这里的“高”，指的是什么呢？音调。

    音调的高低在物理上的差别是什么呢？

    声源的振动频率越高，音调越高。男人声带宽而厚，振动频率低，所以声音低沉；

    女人声带窄而薄，振动频率高，所以声音尖细。

    3、声强和响度

     提问：说话的嗓门有大有小，这是声音的什么不同呢？

    答：振幅不同。

    声源的振幅越大，声波传递的能量越多，确切地说，单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量越多。在声学中，单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量叫做声强。但人们发现，即使声强相同，频率不同的声音引起人们强弱的感觉也是不同的。

    我们把人们主观感觉到的声音强弱叫响度。

    响度从主观感觉上描述声音强弱，而声强是从客观上描述声音的强弱。响度跟音调不同，

    比如女同学说悄悄话，响度很小，但音调依然较高；而男生即使大声喊，音调还是较低。

    4、音品

    两个人唱歌，即使完全按歌谱来唱，响度也一样，我们还是听着不同，这是为什么呢？

    实验表明，各种乐器发出的并不是单一频率的纯音，而是由频率和振幅各不相同的纯音组成。如钢琴发出一个频率为100Hz的音，实际发现它由16个频率不同的纯音组成，频率最低的是100Hz，它的响度最大，其它纳音是100Hz的整数倍，响度各不相同。换用黑管也发出100Hz的声音，发现它频率最低的也是100Hz且响度最大，但其它纯音的数量、频率、振幅与钢琴不同，所以二者听起来不同。

    这里，频率最低的音叫基音，其余频率的音叫泛音。正是泛音的多少、泛音频率的振幅

大小，决定了不同的乐器各有特色，具有不同的音品。

    音调、响度和音品叫乐音的三要素。

    5、声音的共鸣

    实验演示：取两只频率相同的音叉，使它们音箱的开口相对靠近放置。用橡皮槌敲击音叉A，稍停用手按住A，听到音叉B发出声音。

    提问：怎么解释这种现象？与学生一起给出一个说明。

    实验演示：给音叉B箍上一个金属环，重复刚才的实验，听不到B发音。

    提问：为什么这样？

    指出：刚才的B受振发音属于共振现象，振动比较强烈，能够发声。这种声音的共振现象叫声音的共鸣。后一个实验改变了B的固有频率，不能再引起共鸣。

    三、噪声的危害和控制

    1、从环境保护的角度讲，什么是噪声？

    2、试列出几条噪声的危害，你有哪些体会？你觉得噪声危害大吗？

    3、你所遇到的噪声来源于什么？

    4、样控制噪声？

    四、超声波及其应用

    提出问题，让学生通过阅读自己回答。问题如下：

    1、什么是次声波？什么情况下会产生次声波？它有哪些应用？

    2、若声纳向海底发出超声波脉冲后t时间收到反射信号，设超声波在水中的速度是v，则海底深度是多少？

    3、超声波探伤是利用了超声波的什么性质？

    4、超声波能否清洗物体表面污垢？

    5、超声波在诊断、医疗和卫生工作中有哪些应用？

    6、什么是仿生学？

五、说明

    1、让学生参与进来，主动发现知识、获得知识。

    2、本部分在于扩展学生知识面，激发学生的兴趣，要多与生活实际相联系，不宜过深。

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