九年級物理第四節(jié) 超聲波 教案 （北師大八年級）

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1、 第四節(jié) 超聲波 教學(xué)重點和難點： 超聲波的應(yīng)用 學(xué)生查找、交流信息、應(yīng)用知識的能力 課前準(zhǔn)備： 收集信息 處理信息（在醫(yī)學(xué)上、在軍事上、在生活中、近代科學(xué)技術(shù)）制成Powerpoint 教學(xué)設(shè)計圖示： 學(xué)習(xí)內(nèi)容 學(xué)生活動 教師活動與意圖 什么是超聲波 超聲波有哪些主要特征 超聲波有哪些應(yīng)用 收集信息 處理信息（在醫(yī)學(xué)上、在軍事上、在生活中、近代科學(xué)技術(shù)） 充分培養(yǎng)學(xué)生自主探索的能力，把學(xué)校的課堂與社會實踐和科學(xué)技術(shù)緊密地聯(lián)系在一起 教學(xué)過程設(shè)計： 新課的引入： 播放海豚表演的視頻，提出問題：你知道海豚是如何捕食嗎？ 新課的教學(xué)： 學(xué)生主持：今天

2、我們就學(xué)習(xí)超聲波，我們?nèi)硕芨杏X到聲音的頻率在20 Hz 至20000Hz之間．頻率低于20Hz和高于20000Hz的聲波，都不能引起人的聽覺，低于20Hz的聲波叫次聲波，高于20000Hz的聲波叫超聲波．超聲波的特點：束射特性、吸收特性、超聲波的能量傳遞特性、超聲波的聲壓特性．現(xiàn)在我分別介紹它們． 一．束射特性 由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且．遵守幾何光學(xué)的定律．即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射，也就是要改變它的傳插方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射也愈大． 二．

3、吸收特性 聲波在各種物質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，強度會漸進(jìn)減弱，這是因為物質(zhì)要吸收掉它的能量．對于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強．對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收最歷害，在液體中傳播時吸收比較弱，在固體中傳播時吸收最?。? 三．超聲波的能量傳遞特性 超聲波所以在各個工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用，主要之點 還在于它比可聽聲波具有強大得多的功率．為什么有強大的功率呢?因為當(dāng)聲波到達(dá)某一物資中時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度．頻率愈高速度愈大．物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，是由分子的振動速

4、度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比可聽聲波可以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率． 四．超聲波的聲壓特性 當(dāng)聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化．由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用．由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著的聲壓作用、例如當(dāng)水中通過一般強度的超聲波時，產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個大氣壓力．液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就會引起值得注意的現(xiàn)象．當(dāng)超聲波振動使液體分子壓縮時，好像分子受到來直四面八方的

5、壓力；當(dāng)超聲波振動使液體分子稀疏時，好像受到向外散開的拉力，對于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時候；不大會產(chǎn)生反常情形．但是在拉力的作用下，液體就會支持不了,在拉力集中的 地方，液體就會斷裂開來，這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方，因為這些地方液體的強度特別 低，也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用．由于發(fā)生斷裂的結(jié)果，液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時間很短，一瞬時就會閉合起來．空腔閉合的時候會 產(chǎn)生很大的瞬時壓力，一般可以達(dá)到幾千甚至幾萬個大氣壓力．液體在這種強大的瞬時壓力作用下，溫度會驟然增高． 斷裂作用所引起的互大瞬時壓力，可

6、以使浮懸在液體中 的固體表面受到急劇破壞．我們常稱之為空化現(xiàn)象． 現(xiàn)在由每組推薦的同學(xué)給大家介紹超聲波的應(yīng)用． 第一組：超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 人體各個內(nèi)臟的表面對超聲波的反射能力是不同的，健康內(nèi)臟和病變內(nèi)臟的反射能力也不一樣．平常說的“B超”就是根據(jù)內(nèi)臟反射的超聲波進(jìn)行造影，幫助醫(yī)生分析體內(nèi)的病變．美國科學(xué)家正在研究用超聲波止住病人體內(nèi)出血的新技術(shù)，可免除手術(shù)止血的痛苦與危險． 據(jù)新一期英國《新科學(xué)家》雜志報道，醫(yī)生通常用動手術(shù)的方式來為病人止血，這一方法風(fēng)險較大．有研究者設(shè)想用超聲波對體內(nèi)傷口進(jìn)行加熱燒灼，借以止血．但如果出血位置在腦部，或出血面積較大，這種方法就很不可取． 美國華

7、盛頓大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，高密度聚焦超聲波能加快自然凝血過程，無須加熱燒灼傷口就能止血．實驗表明，超聲波會加快血液運動，激活血小板，使它們錯認(rèn)為自己是在流經(jīng)一個破裂的傷口，從而加強粘著性，與細(xì)胞膜及其它血小板粘附，促進(jìn)凝血． 這一方法比手術(shù)止血和超聲波加熱止血更安全．研究人員將進(jìn)一步完善這項技術(shù)，先在動物身上試驗，然后用于人體． 第二組：超聲波在軍事上的應(yīng)用 為什么在水中不采用雷達(dá)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)而仍用落后的聲納呢？ 海水能吸引電磁波，雷達(dá)用不上了．海水吸熱能力太強，紅外線技術(shù)無用武之地；水的透光能力差，而吸收光的能力卻很強，光學(xué)觀察設(shè)備如望遠(yuǎn)鏡也使不上了．特別是深海中一片漆黑，什么

8、也看不見．探照燈又會暴露自己．?? 而海水的傳聲能力卻比在空氣中強得多．聲納技術(shù)就應(yīng)運而生了．聲納機發(fā)出一束不同頻率的聲音信號，再用特殊設(shè)備接受反射信號加以分析，這樣就如同安上了蝙蝠的耳朵，周圍的情況也就知道了 第三組：超聲波在生活中的應(yīng)用 超聲波鼠蟲驅(qū)除器：超聲波沒有穿透力，故遇到障礙物不能穿透，但是能反射回來，但是必須是硬物體才能反射，但損耗很大．超聲波遇軟物體能被吸收，如窗簾、沙發(fā)、衣、被等物，所以也影響它的使用面積．該儀器壽命3年以上耗電極微，每月1—3度電，輸出為1W電壓為11伏對人無危險傷害，安全可靠 超聲波洗衣機：徹底“拋棄”洗衣粉，與傳統(tǒng)洗滌方式不同，超聲波洗衣機主要利用

9、超聲波的“空化”作用（超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡 ．一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡．另一原因是強大的拉應(yīng)力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化．空洞內(nèi)成為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空．因為空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運動、長大或突然破滅．破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生激波．和空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象．在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)多數(shù)與空化作用有關(guān)），產(chǎn)生巨大能量，將污垢從衣物上“震”下來溶解到水中，然后再通過內(nèi)筒的轉(zhuǎn)動對衣物

10、進(jìn)行摔打和水流穿透，洗凈衣物．超聲波洗衣機不僅無污染，而且比普通洗衣機節(jié)水三分之一． BJ49-密度計超聲波清洗器，本系列儀器的超聲波發(fā)生源和震板為獨立組件,主要適用于油田、煉油廠密度計圓管內(nèi)壁清洗，同時也適于各種相同密度計尺寸規(guī)格的管道、圓管、方管內(nèi)壁的清洗． 超聲波加濕器 第四組：超聲波在近代科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用 很多動物都有完善的發(fā)射和接收超聲波的器官．以昆蟲為食的蝙蝠，視覺很差，飛行中不斷發(fā)出超聲波的脈沖，依靠昆蟲身體的反射波來發(fā)現(xiàn)食物．海豚也有完善的“聲納”系統(tǒng)，使它能在混濁的水中準(zhǔn)確地確定遠(yuǎn)處小魚的位置 ．現(xiàn)代的無線電定位器——雷達(dá)，質(zhì)量有幾十、幾百、幾千千克，蝙蝠的超聲定位系

11、統(tǒng)只有幾分之一克，而在一些重要性能上，如確定目標(biāo)方位的精確度、抗干擾的能力等都遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位器．深入研究動物身上各種器官的功能和構(gòu)造，將獲得的知識用來改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備和創(chuàng)制新的設(shè)備，這是近幾十年來發(fā)展起來的一門新學(xué)科，叫做仿生學(xué)． 教學(xué)反思： 教學(xué)點評： 通過本節(jié)知識的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對超聲波有了更深刻的認(rèn)識，首先對所有的同學(xué)付出的努力我感到很高興，大家通過自己的查找資料學(xué)到了書本上沒有知識，而且每組成員之間的合作、同學(xué)們的自由發(fā)言、提問都非常的出色．現(xiàn)在我們整理一下課堂學(xué)習(xí)的思路是什么？ 提出問題 合作討論 得出結(jié)論．現(xiàn)在同學(xué)們完成下列表格，選出自己認(rèn)為優(yōu)秀的同學(xué) 學(xué)生姓名 參與活動評價 課堂主動參與 積極收集資料情況 交流與表達(dá)情況 備注