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初中物理教案
初中物理四、超声波教案
教案
初中物理
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教案示例

第四节 超声波

教学目标

一、知识与技能

1. 知道什么是超声波。

2. 了解现代技术中与超声波有关知识的应用。

二、过程与方法

1. 通过观察、观看或看录像的等有关的文字、图片、音像资料,获得社会生活中超声波利用方面的知识。

2. 通过介绍知道一些动物对超声波的利用,扩大知识面。

三、情感态度价值观

1. 通过学习,了解超声波在现在技术中的应用,增强最科学的热爱、

2. 通过一些自然界中的动物对超声波利用的了解,激发学生的兴趣。

教学重点和难点:

超声波的应用

学生查找、交流信息、应用知识的能力

收集信息

处理信息 在医学上、在军事上、在生活中、近代科学技术

教学设计图示:

教学过程设计:

新课的引入:

播放海豚表演的视频,提出问题:你知道海豚是如何捕食吗?

新课的教学:

学生主持:今天我们就学习超声波,我们 人耳能感觉到 声音的频率在 20 Hz 20000Hz 之间。频率低于 20 Hz 和高于 20000 Hz 的声波,都不能引起人的听觉,低于 20 Hz 的声波叫次声波,高于 20000Hz 的声波叫超声波。 超声波的特点:束射特性、吸收特性、超声波的能量传递特性、超声波的声压特性。现在我分别介绍它们。

一、束射特性

由于超声波的波长短,超声波射线可以和光线一样,能够反射、折射,也能聚焦,而且。遵守几何光学的定律。即超声波射线从一种物质表面反射时,入射角等于反射角,当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射,也就是要改变它的传插方向,两种物质的密度差别愈大,则折射也愈大。

二、吸收特性

声波在各种物质中传播时,随着传播距离的增加,强度会渐进减弱,这是因为物质要吸收掉它的能量。对于同一物质,声波的频率越高,吸收越强。对于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸收得最历害,在液体中传播时吸收比较弱,在固体中传播时吸收最小。

三、超声波的能量传递特性

超声波所以在各个工业部门中有广泛的应用,主要还在于它比可听声波具有强大得多的功率。为什么有强大的功率呢 ? 因为当声波到达某一物质中时,由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动,振动的频率和声波频率—样,分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。物资分子由于振动所获得的能量除了与分子的质量有关外,是由分子的振动速度的平方决定的 , 所以如果声波的频率愈高,也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比可听声波可以高很多,所以它可以使物资分子获得很大的能量;换句话说,超声波本身可以供给物质足够大的功率。

四、超声波的声压特性

当声波通入某物体时 , 由于声波振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用,将使物质所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。由于超声波所具有的能量很大,就有可能使物质分子产生显著的声压作用、例如当水中通过一般强度的超声波时,产生的附加压力可以达到好几个大气压力。液体中存起着如此巨大的声压作用,就会引起值得注意的现象。当超声波振动使液体分子压缩时,好像分子受到来直四面八方的压力;当超声波振动使液体分子稀疏时,好像受到向外散开的拉力,对于液体,它们比较受得住附加压力的作用,所以在受到压缩力的时候;不大会产生反常情形。但是在拉力的作用下,液体就会支持不了 , 在拉力集中的 地方,液体就会断裂开来,这种断裂作用特别容易发生在液体中存在杂质或气泡的地方,因为这些地方液体的强度特别低,也就特别经受不起几倍于大气压力的拉力作用。由于发生断裂的结果,液体中会产生许多气泡状的小空腔,这种空泡存在的时间很短,一瞬时就会闭合起来。空腔闭合的时候会产生很大的瞬时压力,一般可以达到几千甚至几万个大气压力。液体在这种强大的瞬时压力作用下,温度会骤然增高。断裂作用所引起的巨大瞬时压力,可以使浮悬在液体中的固体表面受到急剧破坏。我们常称之为空化现象。

现在由每组推荐的同学给大家介绍超声波的应用。

第一组:超声波在 医学上的应用

人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的,健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“ B 超”就是根据内脏反射的超声波进行造影,帮助医生分析体内的病变。美国科学家正在研究用超声波止住病人体内出血的新技术,可免除手术止血的痛苦与危险。

据新一期英国《新科学家》杂志报道,医生通常用动手术的方式来为病人止血,这一方法风险较大。有研究者设想用超声波对体内伤口进行加热烧灼,借以止血。但如果出血位置在脑部,或出血面积较大,这种方法就很不可取。

美国华盛顿大学的科学家发现,高密度聚焦超声波能加快自然凝血过程,无须加热烧灼伤口就能止血。实验表明,超声波会加快血液运动,激活血小板,使它们错认为自己是在流经一个破裂的伤口,从而加强粘着性,与细胞膜及其它血小板粘附,促进凝血。 这一方法比手术止血和超声波加热止血更安全。研究人员将进一步完善这项技术,先在动物身上试验,然后用于人体。

第二组: 超声波在 军事上的应用

为什么在水中不采用雷达、卫星遥感技术等先进技术而仍用落后的声纳呢?

海水能吸引电磁波,雷达用不上了。海水吸热能力太强,红外线技术无用武之地;水的透光能力差,而吸收光的能力却很强,光学观察设备如望远镜也使不上了。特别是深海中一片漆黑,什么也看不见。探照灯又会暴露自己。 而海水的传声能力却比在空气中强得多。声纳技术就应运而生了。声纳机发出一束不同频率的声音信号,再用特殊设备接受反射信号加以分析,这样就如同安上了蝙蝠的耳朵,周围的情况也就知道了

第三组: 超声波在 生活中的应用

超声波鼠虫驱除器:超声波没有穿透力,故遇到障碍物不能穿透,但是能反射回来,但是必须是硬物体才能反射,但损耗很大。超声波遇软物体能被吸收,如窗帘、沙发、衣、被等物,所以也影响它的使用面积。该仪器寿命 3 年以上耗电极微,每月 1 3 度电,输出为 1W 电压为 11 伏对人无危险伤害,安全可靠

超声波洗衣机:彻底“抛弃”洗衣粉,与传统洗涤方式不同,超声波洗衣机主要利用超声波的“空化”作用(超声波作用于液体时可产生大量小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化。空洞内成为液体蒸气或溶于液体的另一种气体,甚至可能是真空。因为空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压,同时产生激波。和空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷,并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术多数与空化作用有关),产生巨大能量,将污垢从衣物上“震”下来溶解到水中,然后再通过内筒的转动对衣物进行摔打和水流穿透,洗净衣物。超声波洗衣机不仅无污染,而且比普通洗衣机节水三分之一。

BJ49- 密度计超声波清洗器,本系列仪器的超声波发生源和震板为独立组件 , 主要适用于油田、炼油厂密度计圆管内壁清洗,同时也适于各种相同密度计尺寸规格的管道、圆管、方管内壁的清洗。

第四组: 超声波在 近代科学技术上的应用

很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官。以昆虫为食的蝙蝠,视觉很差,飞行中不断发出超声波的脉冲,依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声纳”系统,使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置 。现代的无线电定位器——雷达,质量有几十、几百、几千千克,蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克,而在一些重要性能上,如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器。深入研究动物身上各种器官的功能和构造,将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备,这是近几十年来发展起来的一门新学科,叫做仿生学。

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